DE102009015500B4 - Method and device for determining a change in position of an object by means of a stereo camera - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung einer Lageänderung eines Objekts mittels einer Stereokamera, die definiert mit dem Objekt verbunden ist und ein Stereobild liefert, das mindestens aus einem ersten Stereoteilbild (STB1) und einem zweiten Stereoteilbild (STB2) besteht, wobei
– eine Stereokameraebene (SKEn) zu einem ersten Zeitpunkt (n) über eine Verschiebung des ersten Stereoteilbilds (STB1 n) auf das zweite Stereoteilbild (STB2n) und eine Stereokameraebene (SKEn + 1) zu einem zweiten Zeitpunkt (n + 1) über eine Verschiebung des ersten Stereoteilbilds (STB1n + 1) auf das zweite Stereoteilbild (STB2n + 1) derart bestimmt werden, dass eine Fläche (Fn,shk1) von Konturen, die in der Stereokameraebene (SKEn) zum ersten Zeitpunkt (n) liegen, und eine Fläche (Fn,shk2) von Konturen, die in der Stereokameraebene (SKEn) zum zweiten Zeitpunkt (n + 1) liegen, maximal sind und die Differenz von dem Abstand der Stereokameraebene (SKEn) zum ersten Zeitpunkt (n) zu einer Stereokamerabildebene und dem Abstand der Stereokameraebene (SKEn + 1)...A method for determining a change in position of an object by means of a stereo camera, which is connected to the object defined and provides a stereo image, which consists of at least a first stereo partial image (STB1) and a second stereo partial image (STB2),
A stereo camera plane (SKEn) at a first time (n) via a shift of the first stereo partial image (STB1 n) to the second stereo partial image (STB2n) and a stereo camera plane (SKEn + 1) at a second time (n + 1) via a displacement of the first stereo subpicture (STB1n + 1) to the second stereo subpicture (STB2n + 1) are determined so that an area (F n, shk1 ) of contours lying in the stereo camera plane (SKEn) at the first time point (s) and Area (F n, shk2 ) of contours that are in the stereo camera plane (SKEn) at the second time point (n + 1) are maximum and the difference from the distance of the stereo camera level (SKEn) at the first time (n) to a stereo camera level and the distance of the stereo camera level (SKEn + 1) ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Lageänderung eines Objekts mittels einer Stereokamera.The The invention relates to a method and a device for determination a change of position an object using a stereo camera.
Das Problem der Lagebestimmung sich bewegender Objekte stellt sich in vielen Anwendungsfeldern, z. B. in der Fahrzeugtechnik und im Gebiet autonomer Roboter. Ein etabliertes Standardverfahren ist die Lagebestimmung mit Hilfe des Global Positioning System (GPS). Es gibt jedoch eine Reihe von Fällen, bei denen eine Lagebestimmung mit Hilfe des GPS nicht angewendet werden kann. So ist z. B. eine Lagebestimmung mit Hilfe von GPS in Gebieten, in denen keine ausreichende Verbindung zu hinreichend vielen Satelliten auftritt, in geschlossenen Räumen mit einem Abschirmungseffekt durch die Wände, unter Wasser, in Bergwerken, in Tunneln und unter Brücken nicht möglich.The Problem of the orientation of moving objects arises many fields of application, eg. B. in the automotive industry and in the area autonomous Robot. An established standard procedure is the orientation using the Global Positioning System (GPS). There is one, however Series of cases, in which a position determination using the GPS is not applied can be. So z. B. a position determination using GPS in areas where there is insufficient connection to adequate Many satellites occur in confined spaces with a shielding effect through the walls, under water, in mines, in tunnels and under bridges not possible.
Eine Alternative zur Lagebestimmung ist die Stereobildakquisition und Stereobildverarbeitung mit Hilfe einer Stereokamera, die mit dem sich bewegenden Objekt verbunden ist. Bisherige Verfahren greifen dabei auf den Ansatz zurück, die räumliche Entfernung eines Objektes zu der Stereokamera zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu bestimmen. Aus der Relativbewegung der einzelnen erkannten Objekte wird dann die Bewegung der Kamera geschätzt. Somit basieren diese bisherigen Methoden auf der sukzessiven Ermittlung von einzelnen Stereopunkten oder epipolaren Punkten in Stereobildern zu verschiedenen Zeitpunkten. Raumkoordinaten von Stereopunkten können aufgrund des in „X. Armangue, H. Araújo, S. Salvi, A review an egomotion by means of differential epipolar geometry applied to the movement of a mobile robot, Pattern Recognition 36 (2003), 2927–2944” beschriebenen Verfahrens berechnet werden, welches den räumlichen Zusammenhang eines beispielsweise rechten Stereoteilbilds und eines linken Stereoteilbilds der Stereokamera mittels einer euklidischen Transformation herstellt.A Alternative for orientation is the stereo image acquisition and Stereo image processing with the help of a stereo camera, which with the is connected to a moving object. Previous procedures are taking effect back to the approach, the spatial Distance of an object to the stereo camera to different To determine times. From the relative movement of the individual detected objects is then estimated the movement of the camera. Consequently These previous methods are based on the successive determination from single stereo points or epipolar points in stereo images at different times. Spatial coordinates of stereo points can due to the "X. Armangue, H. Araújo, S. Salvi, A review of egomotion by means of differential epipolar Geometry applied to the movement of a mobile robot, Pattern Recognition 36 (2003), 2927-2944 " Calculated method, which determines the spatial context of a for example, right stereo partial image and a left stereo partial image the stereo camera by means of a Euclidean transformation produces.
Ein Hauptproblem der bisherigen Verfahren ist die notwendige Wiedererkennung der Stereopunkte im nächsten Zeitschritt. Problematisch ist auch die Zuordnung von Objekten, die sich über verschiedene Tiefenebenen im Bezug zur Kameraebene erstrecken. Aus ihnen kann eine unterschiedliche Entfernung des Objekts und eine Kamerabewegung nur schwer unterschieden werden. Die Benutzung einzelner Stereopunkte hat weiterhin den Nachteil, dass es leicht zu einer falschen Zuordnung von korrespondierenden Stereopunkten kommen kann. Somit ist die Berechnung der Lageänderung der Kamera aus diesen einzelnen Stereopunkten ungenau, wenn nicht hinreichend viele Stereopunkte zur Bestimmung von Stereopunktkorrespondenzen verwendet wurden. Die Berechnung der Lageänderung der Kamera über viele Stereopunkte hat jedoch den Nachteil, dass die Berechnungen sehr zeitintensiv sind und damit keine Echtzeitfähigkeit der Lagebestimmung mehr ermöglichen. Bei der Berücksichtigung vieler Stereopunkte stellt sich auch das Problem, dass Stereopunkte unberücksichtigt bleiben müssen, die kein Pendant im nächsten Zeitschritt haben. Ebenso müssen Stereopunkte, die im nächsten Zeitschritt gefunden wurden und die kein Stereopendant zum letzten Zeitschritt aufweisen, unberücksichtigt bleiben. Die hierzu notwendigen Rechenoperationen verursachen zusätzliche Berechnungszeit.One The main problem of the previous methods is the necessary recognition the stereo points in the next Time step. Another problem is the assignment of objects, which are over extend different depth planes relative to the camera plane. Out they can have a different distance of the object and one Camera movement are difficult to distinguish. The use of individual Stereo points also has the disadvantage of being easy to one wrong assignment of corresponding stereo points can occur. Thus, the calculation of the change in position of the camera from these individual stereo points inaccurate, if not enough stereo points were used to determine stereo point correspondences. The calculation of the change in position the camera over However, many stereo points has the disadvantage that the calculations are very time consuming and thus no real-time capability of orientation allow more. When considering many stereo points also raises the problem that stereo points unconsidered have to stay which is not a counterpart in the next Have time step. Likewise have to Stereo points in the next time step were found and the no stereo to the last time step disregard stay. The necessary arithmetic operations cause additional Computation time.
Weiterhin müssen die Stereopunkte in zeitlich aufeinander abfolgenden Stereobildern extrem genau bestimmt werden, um eine möglichst genaue Lagebestimmung des Objektes zu ermöglichen. Eine Summation von Stereopunkten, um so den Fehler zu minimieren, ist ebenfalls problematisch, da die Fehler nicht die Bedingung eines additiven Rauschens erfüllen. Ein weiteres Problem der Verfahren basierend auf Stereopunktkorrespondenzen ist auch, dass man sich nicht auf eine Ebene beschränkt und so Stereopunkte bestimmt, deren Nachbarschaft in einer anderen Ebene liegen kann.Farther have to the stereo points in temporally successive stereo images be determined extremely accurately, as accurate as possible allow the object. A summation of stereo points to minimize the error is also problematic because the errors are not the condition of a satisfy additive noise. Another problem of the methods based on stereo point correspondences is also that you are not limited to one level and so determines stereo points whose neighborhood is in another plane can lie.
Aus ”Horn, J.; Russ, J.: Localization of a mobile robot by matching 3D-laser-range-images and predicted sensor images Intelligent Vehicles; 94 Symposium, Proceedings of the Volume, Issue, 24–26 Oct. 1994 Page(s): 345–350” ist ein Verfahren bekannt, welches die Position von bewegten Robotern über die Extraktion der vertikalen Oberfläche aus der Verarbeitung eines 3D-Laser-Range-Bildes bestimmt. Hierbei ist ein Umgebungsmodell Voraussetzung. Diese Vorraussetzung ist normalerweise nicht erfüllt, wenn es sich um Erkundungen mit einem Roboter handelt, wie z. B. bei Unterwassererkundungen und Kartierungen.From "Horn, J .; Russ, J .: Localization of a mobile robot by matching 3D-laser-range-images and predicted sensor images Intelligent Vehicles; 94 symposium, Proceedings of the Volume, Issue, 24-26 Oct. 1994 Page (s): 345-350 "is a A method is known which detects the position of moving robots over the Extraction of the vertical surface determined from the processing of a 3D laser range image. in this connection is an environment model requirement. This requirement is normally not fulfilled, when it comes to explorations with a robot, such. B. underwater exploration and mapping.
In ”Mark Fiala, A. Basu, Robot navigation using panoramic tracking, Pattern recognition 37 (2004) Page(s): 2195–2215” wird ein Verfahren für die Roboternavigation beschrieben, das auf einer Panoramaverfolgung basiert. Dieses Verfahren erfordert, dass ein bestimmtes Objekt oder Panorama in den Stereobildern verfolgt werden kann. Diese Bedingung ist beispielsweise dann nicht erfüllt, wenn ein verfolgtes Objekt aus dem Sichtbereich fällt oder wenn ein verfolgtes Objekt durch ein anderes Objekt im nächsten Bild verdeckt wird.In "Mark Fiala, A. Basu, Robot navigation using panoramic tracking, pattern recognition 37 (2004) Page (s): 2195-2215 "becomes one Procedure for the Robot navigation described on a panoramic track based. This procedure requires that a particular object or panorama in the stereo images can be tracked. This condition for example, is not satisfied if a tracked object falls out of sight or if a tracked object is through another object in the next image is covered.
Eine Alternative zur Lageänderungsbestimmung über das Auffinden von Stereopunktkorrespondenzen in zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern ist eine Stereobildauswertung hinsichtlich der in den Stereobildern existierender Linien oder Konturen, die in zeitlich aufeinanderfolgenden Stereobildern erzeugt und verglichen werden. Hierbei ergeben sich schwierige Bedingungen für die Bildbearbeitung insbesondere dann, wenn wenige Konturen in den Bildern vorhanden sind, wenn ähnliche Konturen in den Bildern vorhanden sind oder wenn Konturen in verschiedenen Entfernungen auftreten. Weiterhin ergeben sich Probleme, wenn schnelle Positionsänderungen der Kamera auftreten und konturerzeugende Objekte in zeitlich aufeinander abfolgenden Bildern verdeckt werden.An alternative to determining the position change by finding stereo point correspondences in temporally successive images is a stereo image evaluation with regard to the lines or contours existing in the stereo images, which are generated and compared in temporally successive stereo images. This results difficult conditions for image processing, especially if there are few contours in the images, if similar contours are present in the images, or if contours occur at different distances. Furthermore, problems arise when rapid changes in position of the camera occur and contour-generating objects are hidden in temporally successive images.
Die „Mallet, A; Lacroix, S.; Gallo, L.: Position estimation in outdoor environments using Pixel tracking and stereovision; IEEE International Conference an Robotics and Automation, 2000, Proceedings; ICRA '00; Vol. 4, page(s): 3519–3524” offenbart ein Verfahren zum Ausschließen ungeeigneter Bildmerkmale.The Mallet, A; Lacroix, S .; Gallo, L .: Position estimation in outdoor environments using pixel tracking and stereovision; IEEE International Conference to Robotics and Automation, 2000, Proceedings; ICRA '00; Vol. 4, page (s): 3519-3524 " a method of exclusion inappropriate image features.
Auch die ”Franke, U.; Joos, A.: Real-time stereo vision for urban traffic scence understanding; IEEE, 2000; Intelligent Vehicles Symposium; IV 2000, Proceedings oft he IEEE; page(s): 273–278” offenbart ein Verfahren zum Ausschließen ungeeigneter Bildmerkmale.Also the "Franke, U .; Joos, A .: Real-time stereo vision for urban traffic scence understanding; IEEE, 2000; Intelligent Vehicles Symposium; IV 2000, Proceedings often he IEEE; page (s): 273-278 " a method of exclusion inappropriate image features.
Die ”Franke, Uwe, et. al.: 6D-vision: Fusion of stereo and motion for robust environment perception; Springer. 2005; Lecture notes in computer science; Pattern recognition, Bd. 3663/2005, Seiten 216–223” offenbart, dass Punkte, deren Bildtiefe vom Stereo-System her bekannt sind, über die zeitlichen Aufnahmen verfolgt werden.The Franke, Uwe, et. al .: 6D-vision: Fusion of stereo and motion for robust environment perception; Springer. 2005; Lecture notes in computer science; Pattern recognition, Vol. 3663/2005, pages 216-223 ", that points whose image depth is known from the stereo system, over the time recordings are tracked.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Lageänderung eines Objekts mittels einer Stereokamera zu schaffen, welches über eine robuste, schnelle und qualitativ gute Konturerkennung eine Abbildungsänderung der Konturen in zeitlich aufeinander folgenden Stereobildern bestimmt, wobei aus der Abbildungsänderung der erkannten Konturen eine Lageänderung der Stereokamera und somit eine Lageänderung des Objekts bestimmt werden kann.Of the The invention is therefore based on the technical problem of a method and a device for determining a change in position of an object by means of a stereo camera, which has a robust, fast and good quality contour recognition a picture change the contours in chronological successive stereo images, being from the picture change the detected contours a change in position the stereo camera and thus determines a change in position of the object can be.
Die
Lösung
des Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und
11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.The
solution
the problem arises from the objects with the features of
Hierbei erfolgt die Bestimmung einer Lageänderung eines Objekts mittels einer Stereokamera, die definiert mit dem Objekt verbunden ist und ein Stereobild liefert, das mindestens aus einem ersten Stereoteilbild und einem zweiten Stereoteilbild besteht, wobei
- – eine Stereokameraebene (SKEn) zu einem ersten Zeitpunkt (n) über eine Verschiebung des ersten Stereoteilbilds (STB1n) auf das zweite Stereoteilbild (STB2n) und eine Stereokameraebene (SKEn + 1) zu einem zweiten Zeitpunkt (n + 1) über eine Verschiebung des ersten Stereoteilbilds (STB1n + 1) auf das zweite Stereoteilbild (STB2n + 1) derart bestimmt werden, dass eine Fläche (Fn,shk1) von Konturen, die in der Stereokameraebene (SKEn) zum ersten Zeitpunkt (n) liegen, und eine Fläche (Fn,5hk2) von Konturen, die in der Stereokameraebene (SKEn) zum zweiten Zeitpunkt (n + 1) liegen, maximal sind und die Differenz von dem Abstand der Stereokameraebene (SKEn) zum ersten Zeitpunkt (n) zu einer Stereokamerabildebene und dem Abstand der Stereokameraebene (SKEn + 1) zum zweiten Zeitpunkt (n + 1) zur Stereokamerabildebene minimal ist,
- – wobei eine Abbildungsänderung als eine Transformation (T) mindestens des ersten, zu einem ersten Zeitpunkt (n), aufgenommenen Stereoteilbilds (STB1n) auf ein erstes, zu einem zweiten Zeitpunkt (n + 1), aufgenommenen Stereoteilbilds (STB1n + 1) bestimmt wird, bei der eine maximale Übereinstimmung der Konturen in den zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt (n, n + 1) aufgenommenen, ersten Stereoteilbildern (STB1n, STB1n + 1) auftritt,
- – wobei die Konturen zu dem ersten Zeitpunkt (n) in der Stereokameraebene (SKEn) und die Konturen zu dem zweiten Zeitpunkt (n + 1) in der Stereokameraebene (SKEn + 1) liegen,
- – wobei eine Lageänderung der Stereokamera über einen Zusammenhang zwischen Lageänderung der Stereokamera und einer Abbildungsänderung von Konturen ermittelt wird.
- A stereo camera plane (SKEn) at a first time (n) via a shift of the first stereo partial image (STB1n) to the second stereo partial image (STB2n) and a stereo camera plane (SKEn + 1) at a second time (n + 1) via a displacement of the first stereo partial image (STB1n + 1) to the second stereo partial image (STB2n + 1) are determined so that a surface (F n, shk1 ) of contours lying in the stereo camera plane (SKEn) at the first time point (n) and a surface (F n, 5hk2 ) of contours lying in the stereo camera plane (SKEn) at the second time point (n + 1) are maximum and the difference from the distance of the stereo camera plane (SKEn) at the first time point (s) to a stereo camera plane and Distance of the stereo camera plane (SKEn + 1) to the second time point (n + 1) to the stereo camera plane is minimal,
- - wherein an image change as a transformation (T) of at least the first, at a first time (n), recorded stereo partial image (STB1n) to a first, at a second time (n + 1), recorded stereo partial image (STB1n + 1) is determined in which maximum coincidence of the contours occurs in the first stereo sub-images (STB1n, STB1n + 1) recorded at the first and second times (n, n + 1),
- The contours being at the stereo camera plane (SKEn) at the first time point (s) and at the stereo camera plane (SKEn + 1) at the second time point (n + 1),
- - Wherein a change in position of the stereo camera is determined by a relationship between the change in position of the stereo camera and a change in the image of contours.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Zusammenhang zwischen der Abbildungsänderung von Konturen und der Lageänderung der Stereokamera genutzt. Weiterhin kann die Transformation zwischen zwei zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Stereoteilbildern mit Hilfe der Auswertung von Konturen, inbesondere von ausgedehnten Konturen, eindeutig bestimmt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass Verdeckungen von Konturen nicht zu Fehlinterpretationen führen, da verdeckte Konturen nicht zur Bestimmung der Transformation verwendet werden. Über die Auswahl einer Stereokameraebene, bei der eine maximale Übereinstimmung der Konturen in dem ersten Stereoteilbild und dem zweiten Stereoteilbild auftritt, stellt das Verfahren in vorteilhafter Weise sicher, dass die Abbildungsänderungen von Konturen in einer Stereokameraebene verfolgt werden, die die meisten Konturen aufweist. Sind in einer Stereokameraebene zu einem ersten Zeitpunkt sehr viele Konturen vorhanden, so kann mit großer Sicherheit davon ausgegangen werden, dass zu einem zweiten Zeitpunkt ebenfalls viele Konturen in der korrespondierenden Stereokameraebene vorhanden sein werden. Somit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die maximale Anzahl an vorhandenen Konturen genutzt wird, um die Transformation zwischen zwei Stereoteilbildern zu berechnen. Die Bestimmung der Lageänderung der Stereokamera auf Basis der Abbildungsänderung von Konturen vermeidet weiterhin die Suche nach Stereopunktkorrespondenzen und reduziert somit den zeitlichen Aufwand für die Berechnung der Lageänderung der Stereokamera.As a result, the relationship between the image change of contours and the change in position of the stereo camera is used in an advantageous manner. Furthermore, the transformation between two stereo partial images recorded at different times can be uniquely determined by means of the evaluation of contours, in particular of extended contours. Another advantage of the method is that occlusion of contours does not lead to misinterpretation, since hidden contours are not used to determine the transformation. By selecting a stereo camera plane where maximum coincidence of the contours occurs in the first stereo image and the second stereo image, the method advantageously ensures that the image changes are tracked by contours in a stereo camera plane having the most contours. If very many contours are present in a stereo camera plane at a first point in time, then it can be assumed with great certainty that at a second point in time many contours will also be present in the corresponding stereo camera plane. Thus, it is advantageously ensured that the maximum number of existing contours is used to transform between two stereo partial images to calculate. The determination of the change in position of the stereo camera on the basis of the image change of contours further avoids the search for stereo point correspondences and thus reduces the time required for the calculation of the change in position of the stereo camera.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Konturen in einem Konturbild dargestellt, welches über die Differenz eines ersten Binärbildes und eines zweiten, gegenüber dem ersten Binärbild verschobenen, Binärbildes erzeugt wird, wobei das erste und zweite Binärbild über ein Vergleich eines ersten und eines zweiten Grauwertbilds mit vorbestimmten Schwellwerten und/oder Auswahl von Bitebenen der Grauwertbilder und/oder die Division der Grauwertbilder durch große Werte und anschließende Bildung der ganzzahligen Werte der Quotienten berechnet werden. Hierdurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass für die Konturerzeugung Konturen von Objekten und/oder linienförmigen Gebilden benutzt werden, die sich durch starke Helligkeits- oder Texturunterschiede im Bild hervorheben. Des Weiteren wird sichergestellt, dass auch Flächen, in denen kleine Schwankungen der Textur und/oder Helligkeit vorliegen, zur Konturerzeugung benutzt werden können. Hierbei erfolgt die Konturerzeugung aus Helligkeits- oder Texturdifferenzen, die sich, wenn sie gleichartig ermittelt werden, im zeitlich folgenden Bild nicht wesentlich ändern.In a preferred embodiment the contours are displayed in a contour image, which over the Difference of a first binary image and a second, opposite the first binary image shifted, binary image is generated, wherein the first and second binary image via a comparison of a first and a second gray scale image having predetermined thresholds and / or selection of bit planes of the gray value images and / or the division the grayscale images by large Values and subsequent Forming the integer values of the quotients can be calculated. This ensures advantageous that for the contour generation Contours of objects and / or linear formations are used, the stand out due to strong brightness or texture differences in the image. It also ensures that even areas where small fluctuations the texture and / or brightness, used for contour generation can be. in this connection the contour generation takes place from brightness or texture differences, which, if they are identically determined, follow one another in chronological order Do not change the image significantly.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Konturen in einem Konturbild dargestellt, welches über die Berechnung von Kanten in einem Grauwertbild erzeugt wird, wobei die Berechnung von Kanten über die Ermittlung von Grauwertgradientenbeträgen des Grauwertbilds und einen Vergleich der Grauwertgradientenbeträge mit einem vorbestimmten Grauwertgradientenbetrag und/oder die Anwendung von Kantendetektionsfiltern erfolgt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Kanten von Objekten zur Konturerzeugung benutzt werden. Die Bestimmung der Grauwertgradientenbeträge kann dabei aus einem richtungsabhängigen Grauwertgradienten erfolgen, beispielsweise aus dem Gradienten in positive x-Richtung des Bildes. Alternativ ist es auch möglich, einen richtungsunabhängigen Grauwertgradientenbetrag zu bestimmen, indem zum Beispiel mehrere richtungsabhängige Grauwertgradientenbeträge addiert werden.In a further preferred embodiment the contours are displayed in a contour image, which over the Calculation of edges is generated in a gray scale image, where the calculation of edges over the determination of gray value gradient amounts of the gray value image and a comparison the gray value gradient amounts with a predetermined gray level gradient amount and / or the application of edge detection filters. This will be advantageous Ensures that the edges of objects used for contour generation become. The determination of the gray value gradient amounts can thereby from a direction-dependent Gray gradient, for example, from the gradient in positive x-direction of the picture. Alternatively, it is also possible to have one directional To determine gray value gradient amount, for example, by several directional Grauwertgradientenbeträge be added.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Konturen in einem Konturbild dargestellt, welches über einen Absolutbetrag einer Differenz eines durch eine oder mehrere Glättungsfunktionen geglätteten Grauwertbilds und dem ungeglätteten Grauwertbild und den Vergleich des Absolutbetrags der Differenz mit einem vorbestimmten Glättungsschwellwert erzeugt wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Effekt ausgenutzt, dass Kanten bei der Differenzbildung im Vergleich zu Flächen mit einheitlicher Helligkeit stärker hervorgehoben werden, da diese durch die Glättung verschmiert werden. Weiterhin wird vorteilhaft sichergestellt, dass Konturen ausgesucht werden können, die heller als die Umgebung bzw. dunkler als die Umgebung sind.In a further preferred embodiment the contours are displayed in a contour image, which has a Absolute amount of a difference of one by one or more smoothing functions smoothed Gray scale image and the unsmoothed one Gray value image and the comparison of the absolute value of the difference with a predetermined smoothing threshold is produced. As a result, the effect is exploited advantageously, that edges in the difference compared to surfaces with uniform Brightness stronger be highlighted because they are smeared by the smoothing. Farther is advantageously ensured that contours are selected can, which are brighter than the surroundings or darker than the surroundings.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Konturen in einem Konturbild dargestellt, welches über die Differenz eines ersten Grauwertbilds und eines zweiten Grauwertbilds, die über konturverstärkende Bildverarbeitungsverfahren aus einem unbearbeiteten Grauwertbild abgeleitet werden, erzeugt wird, wobei das zweite gegenüber dem ersten Grauwertbild in waagerechter oder senkrechter Bildrichtung verschoben ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass insbesondere senkrechte oder waagerechte Linien als Konturen hervorgehoben werden können. Dies ermöglicht eine vereinfachte Ermittlung der Abbildungsänderung.In a further preferred embodiment the contours are displayed in a contour image, which over the Difference between a first gray scale image and a second gray scale image, the via contour-enhancing image processing methods derived from an unprocessed gray value image generated is, with the second opposite the first gray value image in horizontal or vertical image direction is moved. This ensures in an advantageous manner, that particular vertical or horizontal lines highlighted as contours can be. this makes possible a simplified determination of the image change.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein resultierendes Konturbild erzeugt, indem die über verschiedene Verfahren erzeugten Konturbilder algebraisch und/oder logisch verknüpft und mit einem vorbestimmten Konturselektionswert verglichen werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Menge der ausgewählten Konturen gesteuert werden.In a further preferred embodiment a resulting contour image is generated by the over different Method generated algebraically and / or logically linked contour images and be compared with a predetermined contour selection value. This can advantageously the amount of selected contours to be controlled.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein erstes Konturbild aus dem ersten Stereoteilbild und ein zweites Konturbild aus dem zweiten Stereoteilbild erzeugt, wobei eine Fläche von Konturen aus einem Flächenvergleich von Konturflächen des ersten Konturbilds und von Konturflächen des um einen oder mehrere Pixel in x- und/oder y-Richtung verschobenen zweiten Konturbilds bestimmt wird, wobei eine logische UND-Verknüpfung des ersten und zweiten Konturbildes analysiert wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Übereinstimmung durch die Anzahl von Pixeln in dem aus der logischen UND-Verknüpfung resultierenden Binärbilds, die mit einer logischen Eins belegt sind, gegeben ist.In a further preferred embodiment becomes a first contour image from the first stereo image and a second contour image generated from the second stereo partial image, wherein an area of contours from a surface comparison of contour surfaces of the first contour image and of contour surfaces of one or more Pixel in the x and / or y direction shifted second contour image is determined, wherein a logical AND of the first and second Contour image is analyzed. This will be advantageous made sure the match by the number of pixels in the logical AND result binary image which are occupied by a logical one, is given.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Transformation mindestens des ersten, zu einem ersten Zeitpunkt, aufgenommenen Stereoteilbilds auf ein erstes, zu einem zweiten Zeitpunkt, aufgenommenen Stereoteilbilds aus mindestens zwei Konturoperation der Gruppe waagerechte Konturverschiebung, senkrechte Konturverschiebung, Konturvergrößerung, Konturverkleinerung und Konturrotation um die Achse senkrecht zur Bildebene bestimmt, wobei die quantitative Bestimmung der optimalen Operationsparameter, die eine maximale Übereinstimmung der Konturen ergeben, über eine Auswertung aller Kombinationen von Operationsparametern der Konturoperationen erfolgt. Über die Auswertung aller Kombinationen von Operationsparametern wird sichergestellt, dass die global beste Transformation und daraus eine genaue Lageänderung bestimmt wird.In a further advantageous embodiment, the transformation of at least the first, at a first time recorded stereo partial image on a first, at a second time, recorded stereo partial image from at least two contour operation of the group horizontal contour shift, vertical contour shift, contour magnification, contour reduction and Konturrotation about the axis determined perpendicular to the image plane, wherein the quantitative determination of the optimal operation parameters that result in a maximum coincidence of the contours, via an evaluation of all combinations of operating parameters of the contour operations. About the Evaluation of all combinations of operating parameters ensures that the best global transformation and, hence, a precise change in position is determined.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Transformation mindestens des ersten, zu einem ersten Zeitpunkt, aufgenommenen Stereoteilbilds auf ein erstes, zu einem zweiten Zeitpunkt, aufgenommenen Stereoteilbilds aus mindestens einer Konturoperation der Gruppe waagerechte Konturverschiebung, senkrechte Konturverschiebung, Konturvergrößerung, Konturverkleinerung und Konturrotation um die Achse senkrecht zur Bildebene bestimmt, wobei die quantitative Bestimmung der optimalen Operationsparameter, die eine maximale Übereinstimmung der Konturen ergeben, durch eine sequenzielle Bestimmung der optimalen Operationsparameters für jeweils eine Konturoperation erfolgt. Durch die Entkopplung der Suche von optimalen Operationsparametern wird eine beschleunigte Bestimmung der Transformation ermöglicht.In an alternative embodiment is the transformation of at least the first, at a first time, recorded stereo partial image at a first, at a second time, recorded stereo partial image from at least one contour operation the group horizontal contour shift, vertical contour shift, Contour augmentation, Contour reduction and contour rotation around the axis perpendicular to the Image plane determined, with the quantitative determination of the optimal Operation parameters, which is a maximum match of contours result, by a sequential determination of the optimal operation parameters for each a contouring operation takes place. By decoupling the search from optimal operation parameters becomes an accelerated determination the transformation allows.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen die Operationsparameter für eine Transformation mindestens des ersten, zu einem ersten Zeitpunkt, aufgenommenen Stereoteilbilds auf ein erstes, zu einem zweiten Zeitpunkt, aufgenommenen Stereoteilbilds und/oder die Verschiebung des ersten Stereoteilbilds auf das zweite Stereoteilbild, bei der eine maximale Übereinstimmung der aus den Stereoteilbildern erzeugten Konturen auftritt, in einem Operations- und/oder Verschiebungsparameterintervall, wobei das Operations- und/oder Verschiebungsparameterintervall sequenziell durchlaufen und die Suche abgebrochen wird, sobald ein lokales Maximum der Übereinstimmung gefunden ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass zur Bestimmung einer Transformation und/oder Verschiebung, bei der eine maximale Übereinstimmung von erzeugten Konturen auftritt, nicht der komplette Suchraum von Operationsparametern analysiert werden muss und somit eine Beschleunigung der Bestimmung einer Transformation und/oder einer Verschiebung erreicht wird.In a further preferred embodiment are the operation parameters for a transformation of at least the first, at a first time, recorded stereo partial image at a first, at a second time, recorded stereo partial image and / or the displacement of the first stereo partial image on the second stereo part, where a maximum match the contours generated from the stereo part images occurs in a surgical and / or shift parameter interval, wherein the operation and / or shift parameter interval go through sequentially and the search is aborted once a local maximum of the match is found. This ensures in an advantageous manner, that for determining a transformation and / or displacement, at the maximum match of generated contours, not the complete search space of Operational parameters must be analyzed and thus an acceleration the determination of a transformation and / or a shift is reached.
Zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung einer Lageänderung eines Objekts umfasst eine Vorrichtung mindestens eine Stereokamera, die definiert mit dem Objekt verbunden ist und ein Stereobild liefert, das mindestens aus einem ersten Stereoteilbild und einem zweiten Stereoteilbild besteht, und eine Bildverarbeitungseinheit, wobei
- – eine Stereokameraebene (SKEn) zu einem ersten Zeitpunkt (n) über eine Verschiebung des ersten Stereoteilbilds (STB1n) auf das zweite Stereoteilbild (STB2n) und eine Stereokameraebene (SKEn + 1) zu einem zweiten Zeitpunkt (n + 1) über eine Verschiebung des ersten Stereoteilbilds (STB1n + 1) auf das zweite Stereoteilbild (STB2n + 1) derart bestimmt werden, dass eine Fläche (Fn,shk1) von Konturen, die in der Stereokameraebene (SKEn) zum ersten Zeitpunkt (n) liegen, und eine Fläche (Fn,shk2) von Konturen, die in der Stereokameraebene (SKEn) zum zweiten Zeitpunkt (n + 1) liegen, maximal sind und die Differenz von dem Abstand der Stereokameraebene (SKEn) zum ersten Zeitpunkt (n) zu einer Stereokamerabildebene und dem Abstand der Stereokameraebene (SKEn + 1) zum zweiten Zeitpunkt (n + 1) zur Stereokamerabildebene minimal ist,
- – wobei eine Abbildungsänderung als eine Transformation (T) mindestens des ersten, zu einem ersten Zeitpunkt (n), aufgenommenen Stereoteilbilds (STB1n)
- – auf ein erstes, zu einem zweiten Zeitpunkt (n + 1), aufgenommenen Stereoteilbilds (STB1n + 1) bestimmt wird, bei der eine maximale Übereinstimmung der Konturen in den zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt (n, n + 1) aufgenommenen, ersten Stereoteilbildern (STB1n, STB1n + 1) auftritt,
- – wobei die Konturen zu dem ersten Zeitpunkt (n) in der Stereokameraebene (SKEn) und die Konturen zu dem zweiten Zeitpunkt (n + 1) in der Stereokameraebene (SKEn + 1) liegen,
- – wobei die Bildverarbeitungseinheit eine Lageänderung der Stereokamera über einen Zusammenhang zwischen Lageänderung der Stereokamera und einer Abbildungsänderung von Konturen ermittelt.
- A stereo camera plane (SKEn) at a first time (n) via a shift of the first stereo partial image (STB1n) to the second stereo partial image (STB2n) and a stereo camera plane (SKEn + 1) at a second time (n + 1) via a displacement of the first stereo partial image (STB1n + 1) to the second stereo partial image (STB2n + 1) are determined so that a surface (F n, shk1 ) of contours lying in the stereo camera plane (SKEn) at the first time point (n) and a surface (F n, shk2 ) of contours lying in the stereo camera plane (SKEn) at the second time point (n + 1) are maximum and the difference from the distance of the stereo camera plane (SKEn) at the first time point (s) to a stereo camera plane and Distance of the stereo camera plane (SKEn + 1) to the second time point (n + 1) to the stereo camera plane is minimal,
- Wherein an image change is performed as a transformation (T) of at least the first stereo partial image (STB1n) taken at a first time (n)
- Is determined to a first, at a second time (n + 1), recorded stereo partial image (STB1n + 1), in which a maximum coincidence of the contours in the at the first and the second time (n, n + 1) recorded, first stereo part images (STB1n, STB1n + 1),
- The contours being at the stereo camera plane (SKEn) at the first time point (s) and at the stereo camera plane (SKEn + 1) at the second time point (n + 1),
- - The image processing unit determines a change in position of the stereo camera via a relationship between change in position of the stereo camera and a mapping change of contours.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung zur Bestimmung einer Lageänderung eines Objekts wird auf die vorangegangenen Ausführungen zu den Verfahrensansprüchen Bezug genommen.Regarding further advantageous embodiment of the device for determination a change of position of an object, reference is made to the preceding statements on the method claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail. It demonstrate:
In
Eine
nicht dargestellte Stereokamera, die definiert mit dem nicht dargestellten
Objekt verbunden ist, liefert dabei zum Zeitpunkt n ein erstes Stereoteilbild
STB1n und ein zweites Stereoteilbild STB2n. Zum Zeitpunkt n + 1
liefert die nicht dargestellte Stereokamera das erste Stereoteilbild
STB1n + 1 und das zweite Stereoteilbild STB2n + 1. Vorzugsweise ist
der Zeitabstand Δn
der Zeitpunkte sehr klein gewählt,
beispielsweise Δn
= 1/30 Hz ≈ 33.33
ms, damit keine große
zeitliche Lageänderung
des nicht dargestellten Objekts zwischen den Aufnahmezeitpunkte
n und n + 1 stattfinden kann.A
not shown stereo camera defined with the not shown
Object is connected, it provides at time n a first stereo part
STB1n and a second stereo sub-picture STB2n. At time n + 1
the stereo camera, not shown, delivers the first stereo image
STB1n + 1 and the second stereo
Die definierte Verbindung ist vorzugsweise fest und starr, wobei die Lageänderung der Kamera gleich der Lageänderung des Objekts ist. In einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindung fest, ermöglicht aber eine Rotation der Stereokamera relativ zum Objekt, wobei die Rotation erfassbar ist, sodass eine Transformation der relativen Lageänderung der Stereokamera rückrechenbar auf das Objekt ist.The defined compound is preferably solid and rigid, wherein the change of position the camera equal to the change in position of the object. In another embodiment, the compound firmly, allows but a rotation of the stereo camera relative to the object, the Rotation is detectable, so that a transformation of relative change of position the stereo camera can be recalculated on the object is.
Im folgenden konkreten Ausführungsbeispiel umfasst die Stereokamera eine rechte Kamera und eine linke Kamera. Die zum Zeitpunkt n und n + 1 gelieferten ersten Stereoteilbilder STB1n, STB1n + 1 Bilder bezeichnen Bilder der rechten Kamera (rechte Stereoteilbilder) und die zum Zeitpunkt n und n + 1 gelieferten zweiten Stereoteilbilder STB2n, STB2n + 1 Bilder der linken Kamera (linke Stereoteilbilder).in the includes the following specific embodiment the stereo camera a right camera and a left camera. The to Time n and n + 1 delivered first stereo subpictures STB1n, STB1n + 1 images indicate images of the right camera (right stereo images) and the second stereo part images supplied at time n and n + 1 STB2n, STB2n + 1 images from the left camera (left stereo parts).
Wie
in
Analog
erfolgt die Ermittlung von Flächen Fn,shk2 von Konturen zum Zeitpunkt n + 1.
Dann werden zwei optimale Stereokameraebenen SKEn* und SKEn + 1*
zum Zeitpunkt n und n + 1 ausgewählt,
für die
die Flächen
Fn,shk1 und Fn+1,shk2 für einen
optimalen Laufindex k1 und k2 maximal sind, wobei gleichzeitig der
die Differenz der Abstände
der optimalen Stereokameraebenen SKEn*, SKEn + 1* von der Stereokamerabildebene,
in denen die Konturflächen
zum Zeitpunkt n und n + 1 maximal sind, möglichst gering ist. Hiernach
werden die optimalen Konturbilder BKn*, BKn + 1*, die nur Konturen
aus den so ermittelten Stereokameraebenen SKEn*, SKEn + 1* enthalten, betrachtet.
Es wird dann eine Transformation T ermittelt, die eine maximale Übereinstimmung
der optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* herstellt, wobei beispielsweise
das optimale Konturbild BKn + 1* transformiert wird. Die Transformation
T setzt sich dabei aus verschiedenen Konturoperationen zusammen,
die auf das optimale Konturbild BKn + 1* angewendet werden. Diese
umfassen insbesondere die Operationen der Konturverschiebung, der
Konturrotation und der Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV. Das Maß der Übereinstimmung
nach einer Transformation T wird anhand von Flächen Fn,shk3 ermittelt.
Nach Bestimmung der optimalen Transformation T*, die eine maximale Übereinstimmung
der Konturen herstellt, wird aus den Konturoperationen und den zugehörigen Operationsparametern
und aus der bekannten Geometrie der Stereokamera die Lageänderung ΔPSK der Stereokamera mit Hilfe der Relation f1(T*) berechnet, beispielsweise mit Hilfe
trigonometrischer Funktionen. Mit der so bestimmten Lageänderung ΔPSK der Stereokamera wird mit Hilfe der Relation
f2(ΔPSK) die Lageänderung ΔPobjekt berechnet.Analogously, the determination of areas F n, shk2 of contours takes place at
Im
ersten Schritt der Konturerzeugung werden in einer nicht dargestellten
Bildverarbeitungseinheit zu den jeweiligen Zeitpunkten n und n +
1 aus den rechten und linken Stereoteilbildern STB1n, STB2n, STB1n
+ 1 und STB2n + 1 die entsprechenden rechten und linken Konturbilder
BK1n, BK2n, BK1n + 1 und BK2n + 1 erzeugt. Konturbilder sind dabei
in den folgenden Ausführungen
binäre
Konturbilder. Insbesondere sind zu einer Kontur gehörige Pixel
mit dem binären
Wert 1 belegt, während
Pixel, die nicht zur Kontur gehören,
mit dem binären
Wert 0 belegt sind.In the first step of contour generation, in an image processing unit (not shown) at the respective times n and n + 1 from the right and left stereo images STB1n, STB2n, STB1n + 1 and STB2n + 1, the corresponding right and left contour images BK1n, BK2n, BK1n + 1 and BK2n + 1 generated. In the following explanations, contour images are binary contour parts of the. In particular, pixels belonging to a contour are assigned the
Die Konturerzeugung oder Erzeugung einfacher Linien stellt dabei einen notwendigen Schritt zur Bestimmung der Abbildungsänderung von Konturen zwischen zwei verschiedenen Zeitpunkten dar. Vorzugsweise werden Konturen und/oder Linien erzeugt, die für die Bestimmung der Abbildungsänderung optimal geeignet sind. Konturen bezeichnen dabei nicht notwendigerweise die Kanten von Objekten, sondern charakterisieren idealerweise geometrische Gegebenheiten im Bild und helfen, wesentliche Charakteristika aus dem Bild zu extrahieren und auf wenige Konturabschnitte zu reduzieren.The Creating a contour or generating simple lines is one thing necessary step to determine the image change of contours between two different times. Preferably Contours and / or lines are generated which are used to determine the image change are optimally suitable. Contours do not necessarily indicate this the edges of objects, but ideally characterize geometric conditions in the picture and help to get essential characteristics from the picture Extract and reduce to a few contour sections.
Bei der Konturerzeugung werden bestimmte Kriterien beachtet. Ermittelte Konturen sollten beispielsweise möglichst groß, fein und geschlossen sein, da diese Eigenschaften besonders günstig für die Genauigkeit und die Sensitivität einer späteren Ermittlung von Konturübereinstimmung von Konturbildern geeignet sind. Günstig sind insbesondere kurvenförmige und/oder linienförmige Konturgebilde, die möglichst eine geschlossene Form aufweisen. Konturübereinstimmungen werden im späteren Verlauf des Verfahrens zur Bestimmung einer optimalen Stereokameraebene SKEn*, SKEn + 1* und zur Bestimmung einer Transformation T analysiert, wobei beispielsweise jeweils ein Stereoteilbild BK2n vor der Analyse verschoben oder transformiert wird.at Contour generation takes into account certain criteria. determined For example, contours should be as large, fine, and closed as possible. Because these properties are particularly favorable for the accuracy and the sensitivity of a later investigation of contour match are suitable for contour images. Favorable are in particular curved and / or linear Contouring as possible have a closed shape. Contour matches are in the later Course of the method for determining an optimal stereo camera level SKEn *, SKEn + 1 * and analyzed to determine a transformation T, for example, one stereo partial image BK2n each before analysis moved or transformed.
Große Konturen mit einer großen Anzahl an Konturpixeln ergeben bei der Analyse von Konturübereinstimmungen ein extrem sicheres Resultat bei der Bestimmung der optimalen Stereokameraebenen SKEn*, SKEn + 1* und/oder Transformation T. Inbesondere ist eine Fehlinterpretation der Bestimmung der optimalen Stereokameraebenen SKEn*, SKEn + 1* und/oder der Transformation T kaum möglich, wenn größere Konturteile, die aus einer großen Anzahl von Konturpixeln bestehen, verbunden werden. Dies gilt inbesondere auch dann, wenn Störfaktoren wie zum Beispiel Verdeckungen vorliegen. Insbesondere können durch die richtige Konturerzeugung auch Falschzuordnungen besser erkannt werden.Great contours with a big one Number of contour pixels result in the analysis of contour matches an extremely safe result in determining the optimal stereo camera levels SKEn *, SKEn + 1 * and / or transformation T. In particular, this is a misinterpretation determination of optimal stereo camera levels SKEn *, SKEn + 1 * and / or the transformation T hardly possible if larger contour parts, from a big one Number of contour pixels are connected. This applies in particular even if confounding factors like For example, there are occlusions. In particular, by the correct contour generation also misrecognitions better recognized become.
Für die Ermittlung verschiedenartiger Konturen werden mehrere Verfahren zur Konturerzeugung benutzt, deren Ergebnisse dann in einem resultierenden Konturbild zusammengefasst werden.For the investigation different contours, several methods for contour generation are used, their results are then summarized in a resulting contour image become.
Prinzipiell werden sehr kleine Unterschiede in der Stochastik und/oder kleinste Grauwertunterschiede für die Konturerzeugung herangezogen. In einem zweiten Ansatz werden für die Konturerzeugung beispielsweise die Konturen von Objekten, linienförmige Gebilde und/oder stärkere Helligkeits- oder Texturunterschiede im Bild benutzt. Dieser Ansatz wird insbesondere dann gewählt, wenn Flächen existieren, die sehr homogene Verteilungen von Grauwerten aufweisen. In einem dritten Ansatz werden die Oberflächengrenzen von Objekten, die sich im Bild hervorheben, zur Konturerzeugung benutzt. Weiterhin umfasst die Konturerzeugung die Berechnung von Kantenzügen von Objekten.in principle be very small differences in stochastics and / or smallest Gray scale differences for the contour generation used. In a second approach will be for the Contour generation, for example, the contours of objects, linear formations and / or stronger Brightness or texture differences are used in the image. This approach is especially chosen if surfaces exist, which have very homogeneous distributions of gray values. In one third approach will be the surface boundaries of objects that stand out in the picture, for contour generation used. Furthermore, the contour generation includes the calculation of edges trains of objects.
Am
Anfang der Konturerzeugung werden Bildbereiche betrachtet, die sich
durch eine relativ einheitlichen Kontur oder Textur auszeichnen
und die nur eine sehr geringe Grauwertintensitätsdifferenz zu unmittelbaren
Umgebung aufweisen, beispielsweise eine Differenz von 3% der Grauwertintensität der Umgebung.
Für diese
findet eine Umwandlung des Ausgangsbildes in ein Binärbild, in
dem ausschließlich
zu einer Kontur gehörige
Pixel mit dem Binärwert 1
belegt sind, über
mehrere Binarisierungsverfahren statt.At the
At the beginning of the contour generation, image areas are considered
characterized by a relatively uniform contour or texture
and that only a very small gray value intensity difference to immediate
Environment, for example, a difference of 3% of the gray scale intensity of the environment.
For this
finds a conversion of the output image into a binary image, in
exclusively
belonging to a contour
Pixels with the
In einem ersten Binarisierungsverfahren wird das Grauwertbild über ein oder mehrere Schwellwerte in Grauwertintervalle eingeteilt. Damit können insbesondere Objekte binarisiert werden, die sich nur in einem Intervall der Grauwerte abzeichnen. Insbesondere werden auch Objekte binarisiert, die sich über Grauwerte abbilden, die über einer vorbestimmten, unteren Grauwertgrenze liegen.In In a first binarization process, the gray value image is entered via a or several thresholds divided into gray value intervals. In order to can In particular, objects are binarized, extending only in one interval the gray values are off. In particular, objects are also binarized, about gray values depict that over a predetermined lower gray value limit.
Ein
Objektbild BI, welches beispielsweise Objekte, die sich in einem
begrenzten Grauwertintervall I1 bis I2 = I1 + ΔI abbilden, enthält, erhält man, indem
man folgendes Kriterium untersucht
Hierbei
bezeichnet B das originale Grauwertbild. Ein Pixel wird, wenn er
eine Grauwertintensität zwischen
I1 und I2 besitzt, mit dem Binärwert
1 (entspricht Objektpixel) belegt. Andernfalls wird er mit dem Binärwert 0
(entspricht Umgebungspixel) belegt. Ein Konturbild BK erhält man aus
einem Objektbild BI, indem man den Absolutbetrag der Differenz BD des
Objektbildes BI und eines um einen Pixel verschobenen Objektbildes
berechnet. Die Verschiebung um einen Pixel kann dabei nach rechts
(in positiver x-Richtung des Bildes), nach links (in negativer x-Richtung
des Bildes), nach oben (in positiver y-Richtung des Bildes) oder nach unten
(in negativer y-Richtung des Bildes) stattfinden. Auch eine sinnvolle
Kombination von Verschiebungen, beispielsweise nach links und nach
unten und/oder die Verschiebung um mehr als einen Pixel sind möglich. Alternativ ist
es auch möglich,
erst die Verschiebung des Objektsbildes BI und die Differenzenbildung
durchzuführen,
um dann ein Schwellwertkriterium analog zu Formel 1 auf das Differenzbild
BD anzuwenden.in this connection
B denotes the original gray value image. A pixel becomes if he
a gray value intensity between
I1 and I2 has, with the binary value
1 (corresponds to object pixel) occupied. Otherwise it will be with the binary value 0
(corresponds to ambient pixels) occupied. A contour image BK is obtained
an object image BI by taking the absolute value of the difference BD of the
Object image BI and an object image shifted by one pixel
calculated. The shift by one pixel can be to the right
(in the positive x direction of the image), to the left (in the negative x direction
of the image), up (in the positive y-direction of the image) or down
(in the negative y-direction of the image). Also a meaningful
Combination of shifts, for example to the left and to
below and / or shifting by more than one pixel are possible. Alternatively it is
it also possible
first the displacement of the object image BI and the difference formation
perform,
then a threshold criterion analogous to
In
einem zweiten Binarisierungsverfahren erfolgt die Erzeugung eines
Konturbildes BK über
die Zerlegung eines Originalbildes B nach den Bitebenen der Grauwertintensitäten und
eine darauf folgende Differenzenbildung. Ein erstes binäres Bitebenenbild wird
erzeugt, indem beispielsweise nur die Pixel des Bitebenenbildes
mit dem Binärwert
1 belegt werden, in denen das höchstwertige
Bit mit dem Wert 1 belegt ist. Belegen die Grauwertintensitäten beispielsweise Werte
von 0 bis 255, so werden damit alle Pixel erfasst, die eine Grauwertintensität größer als
127 besitzen. Ein nächstes
binäres
Bitebenenbild wird erzeugt, indem nur die Pixel des Bitebenenbildes
mit dem Binärwert
1 belegt werden, in denen das zweithöchstwertige Bit mit dem Wert
1 belegt ist. Dieses Zerlegungsverfahren kann bis in alle Bitebenen
der Grauwertintensität
fortgesetzt werden. Ein Konturbild BK erhält man, indem man analog zum
Schwellwertverfahren die Differenz des Bitebenenbildes und eines
um einen Pixel verschobenen Bitebenenbildes berechnet und auf das
Differenzbild BD eine Beschränkung
mit Hilfe eines Schwellwertverfahrens auf den Wert 1 anwendet.In a second Binarisierungsverfahren he This is followed by the generation of a contour image BK via the decomposition of an original image B according to the bit planes of the gray value intensities and a subsequent difference formation. A first binary bitplane image is generated by, for example, occupying only the pixels of the bitplane image with the
Die Objektflächen in Objektbildern BI und Bitebenenbildern, die zum Beispiel durch Schwellwertverfahren und Zerlegung des Originalbilds B nach den Bitebenen erzeugt werden, sind in der Regel groß. Es ist dann vorteilhaft, diese Objektflächen mit Objektflächen, die andere Eigenschaften widerspiegeln, durch logische Verknüpfungen zu kombinieren. Dies kann zum Beispiel durch eine UND-Verknüpfung eines ersten Objektsbilds BI1, welches durch ein erstes Verfahren, beispielsweise ein Schwellwertverfahren, erzeugt wurde, mit einem ersten Bitebenenbild BI2, welches durch ein zweites Verfahren, beispielsweise eine Zerlegung des Originalbilds B nach den Bitebenen, erzeugt wurde, geschehen.The object surfaces in object images BI and Bitebenenbildern, for example, by Threshold method and decomposition of the original picture B after the Bite levels are usually large. It is then advantageous these object surfaces with object surfaces, reflect the other characteristics, through logical links to combine. This can be done, for example, by ANDing a first object image BI1, which by a first method, for example a thresholding method was generated, with a first bitplane image BI2, which by a second method, for example, a decomposition of the original image B after the bit planes was created, happened.
Damit
ergibt sich ein Objektbild BI beispielsweise als
Analog
zum Schwellwertverfahren wird die Differenz des Objektbilds BI und
eines um einen Pixel verschobenen Objektbilds berechnet und auf
das Differenzbild BD eine Beschränkung
auf den Wert 1 mit Hilfe eines Schwellwertverfahrens angewendet.Analogous
to the thresholding method, the difference of the object image BI and
of an object image shifted by one pixel and calculated
the difference image BD is a restriction
applied to the
In einem dritten Binarisierungsverfahren erfolgt die Erzeugung eines Konturbildes BK durch die Division der Grauwertintensitäten des Originalbildes B durch große Werte.In a third Binarisierungsverfahren the generation of a Contour image BK by the division of the gray scale intensities of the Original picture B by big Values.
Dabei werden die Grauwertintensitäten eines Bildes, die zum Beispiel den Wertebereich von 0 bis 255 einnehmen, durch eine Zahl, beispielsweise 130, geteilt. Von dem Ergebnis der Division wird das ganzzahlige Ergebnis gebildet, was auch als Entier-Operation bezeichnet wird. Damit ergibt sich für Pixel mit einer Grauwertintensität größer als 129 ein Wert von 1, für Pixel mit niedrigeren Grauwertintensitäten als 130 eine Wert von 0. Um zum Beispiel einen Bereich von 80 bis 130 zu isolieren, werden zwei Divisionen, einmal durch 80 und einmal durch 130 durchgeführt, wobei das ganzzahlige Ergebnis der Division durch 130 dann von dem ganzzahligen Ergebnis der Division durch 80 subtrahiert wird.there become the gray value intensities of a picture, for example taking the value range from 0 to 255, divided by a number, for example 130. From the result of Division, the integer result is formed, which is also called Entier-Operation referred to as. This results in pixels with a gray value intensity greater than 129 a value of 1, for Pixels with lower gray scale intensities than 130 have a value of 0. For example, to isolate a range of 80 to 130 two divisions, once performed by 80 and once by 130, where the integer result of the division by 130 then of the integer Result of the division is subtracted by 80.
Alternativ
ist es auch möglich,
erst die Verschiebung des Objektsbildes BI und die Differenzenbildung
durchzuführen,
um dann ein Schwellwertkriterium analog zu Formel 1 auf das Differenzbild
BD anzuwenden.alternative
it is also possible
first the displacement of the object image BI and the difference formation
perform,
then a threshold criterion analogous to
Bei den vorgestellten Binarisierungsverfahren ist zu beachten, dass die vorgestellten Binarisierungsverfahren scheinbar willkürliche Konturen ergeben können. Dies ist insbesondere auf die Tatsache zurückzuführen, dass die vorgestellten Binarisierungsverfahren Konturen erzeugen, die aus Differenzwerten und nicht aus speziellen Objekten heraus entstehen. Die so erzeugten Konturen können jedoch als Anhaltspunkte für die spätere Bestimmung der Abbildungsänderung genutzt werden, wenn sich die Bildaufnahmebedingungen, beispielsweise die Lichtbedingungen, zwischen den Aufnahmezeitpunkte, beispielsweise n und n + 1, nicht ändern, die Bilder gleichartig aufgenommen werden und sich die Grauwertintensitäten oder zumindest die Grauwertintensitätsdifferenzen in den Bildern nicht wesentlich ändern. Unter diesen Voraussetzungen werden Konturen immer gleich erzeugt und lassen sich so zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder im rechten Konturbild BK1n und im zweiten Konturbild BK2n definiert reproduzieren. Für die Bestimmung der Abbildungsänderung ist es insbesondere nicht ausschlaggebend, ob die Konturen von Objekten oder von kleinen Schwankungen der Textur oder Helligkeit abgeleitet sind.at It should be noted in the presented binarization procedure that the presented binarization procedures seemingly arbitrary contours can result. This is due in particular to the fact that the presented Binarisierungsverfahren generate contours consisting of difference values and not arise out of special objects. The so produced Contours can however, as evidence for the later one Determination of the image change be used when the picture taking conditions, for example the lighting conditions, between the recording times, for example n and n + 1, do not change, the pictures are taken similarly and the gray scale intensities or at least the gray value intensity differences not change significantly in the pictures. Under these conditions, contours are always created the same and can be so at different times and / or in the reproduce right contour image BK1n and defined in the second contour image BK2n. For the Determination of the image change In particular, it does not determine whether the contours of objects or derived from small variations in texture or brightness.
Ein
weiteres Verfahren zur Konturerzeugung umfasst die Betrachtung von
Objektgrenzen. Beispielsweise werden dafür Gradienteninformation des Originalbildes
B in Betracht gezogen. Starke Gradiente in den Grauwertintensitäten (Kanten)
werden insbesondere hervorgehoben, indem man in einem ersten Schritt
ein Originalbild B in x-Richtung, in y-Richtung und in x- und y-Richtung gleichzeitig
um beispielsweise einen Pixel verschiebt und so die Bilder Bx, By
und Bxy erhält.
Bildet man den Absolutwert der Differenz des Originalbildes B und
der verschobenen Originalbilder Bx, By, Bxy, so werden Differenzbilder
BDx = |B – Bx|,
BDy = |B – By|,
BDxy = |B – Bxy|
erzeugt, die Gradienten der Grauwertintensitäten in verschiedene Richtungen
darstellen. Um schwächere
Kanten noch deutlicher hervorzuheben, kann das Differenzbild noch
quadriert werden. Um ein Konturbild zu erzeugen, wird beispielsweise
denjenigen Pixeln in den Differenzbildern BDx, BDy und BDxy der
Binärwert
1 zugeordnet, deren Wert nach der Differenzbildung über einer
vorbestimmten Schwelle S5 liegt. Ein Konturbild BK ensteht also
gemäß
Um
schwächere
Kanten deutlich hervorzuheben, wird beispielsweise S5 = 1 gewählt. Alternativ wird
ein Konturbild aus Differenzbildern BDx, BDy und BDxy über die
Wahl von Schwellen gemäß analog
zu Formel 1 erzeugt.Around
weaker
To highlight edges clearly, for example, S5 = 1 is selected. Alternatively it will
a contour image from difference images BDx, BDy and BDxy via the
Choice of thresholds according to analog
generated to
Dieses Verfahren kann mit derselben oder anderen vorbestimmten Schwellen für die Differenzbilder BDy und BDxy durchgeführt werden, wobei über die Wahl der Schwelle die Anzahl der erzeugten Konturpixel gesteuert werden kann. Weitere Verfahren zur Erzeugung von Gradientenbildern umfassen bekannte Operationen der Bildverarbeitung, beispielweise den sobel-Operator oder den roberts-Operator.This Method may be with the same or different predetermined thresholds for the Difference pictures BDy and BDxy are performed, wherein on the Threshold selection controls the number of generated contour pixels can be. Other methods for generating gradient images include known image processing operations, for example the sobel operator or the roberts operator.
Ein weiteres Verfahren zur Konturerzeugung integriert eine Glättungsoperation smooth, die auf das Originalbild B angewendet wird und ein geglättetes Bild Bs = smooth(B, const_s) erzeugt. Die Glättungsoperation smooth kann zum Beispiel als median-Operation ausgebildet sein, wodurch das geglätteten Bild Bm = median(B, const_m) erzeugt wird. Die Glättungskonstanten const_s und const_m sind beispielsweise ganze Zahlen, die die Stärke der Glättung bestimmen.One Another method of contouring integrates a smoothing operation smooth, which is applied to the original image B and a smoothed image Bs = smooth (B, const_s) generated. The smoothing operation can be smooth for example, be designed as a median operation, whereby the smoothed Image Bm = median (B, const_m) is generated. The smoothing constants For example, const_s and const_m are integers that are the strength of smoothing determine.
In
den geglätteten
Bildern Bs bzw. Bm sind scharfe Übergänge von
sich hervorhebenden Objekten verschmiert, wobei die Grauwertintensitäten aber noch
ungefähr
mit dem Originalbild übereinstimmen. Bezeichnet
BDs den Absolutbetrag der Differenz von Originalbild B und geglättetem Bild
Bs gemäß
Ein
Konturbild BK ergibt sich beispielsweise aus dem Absolutbetrag BDm
der Differenz von Originalbild B und geglättetem Bild Bm gemäß
In
einer weiteren Ausführungsform
ergibt sich ein Konturbild BK aus dem Absolutbetrag BDm der Differenz
von Originalbild B und geglättetem
Bild Bm analog zu Formel 1.In
a further embodiment
A contour image BK results from the absolute value BDm of the difference
from original image B and smoothed
Image Bm analogous to
Es ist ebenfalls möglich, mehrere Glättungsverfahren sequenziell anzuwenden.It is also possible several smoothing methods to apply sequentially.
Konturen
können
auch in einem Bild BDs^2 zusammengefasst und der Kontrast verstärkt werden,
wenn gemäß
Bei der Konturerzeugung ist es insbesondere vorteilhaft, senkrechte und/oder waagerechte Konturen hervorzuheben. Senkrechte Konturen werden beispielsweise erzeugt, indem für auf verschiedene Weise erzeugte Objektbilder BI (zum Beispiel durch die Anwendung von Schwellwerten und/oder Division von Bildern durch Konstanten) eine Verschiebeoperation um beispielsweise 1 Pixel in x-Richtung durchgeführt wird. Für die mit mehreren Verfahren auf diese Weise erhaltenen Objektbilder BI wird dann der Absolutbetrag der Differenz zwischen dem bearbeiteten Bild und dem verschobenen, Objektbild bestimmt. Im letzten Schritt werden die Differenzbilder beispielsweise über eine ODER-Verknüpfung verknüpft und damit hauptsächlich senkrechte Linien erzeugt. Analog kann verfahren werden, um Konturbilder BK mit vorrangig waagerechten Konturen zu erzeugen. Hierfür erfolgt jedoch eine Verschiebung in y-Richtung.at it is particularly advantageous for the contour generation to be vertical and / or to highlight horizontal contours. Vertical contours are generated, for example, by generated in different ways Object images BI (for example, by the application of thresholds and / or division of images by constants) a shift operation for example, 1 pixel in the x-direction is performed. For those with multiple procedures Obtained in this way object images BI then becomes the absolute amount the difference between the edited image and the shifted, Object image determined. In the last step, the difference images are, for example, a Or link connected and mainly generated vertical lines. Analog can be moved to contour images BK to produce primarily horizontal contours. This is done for this purpose but a shift in the y direction.
Mit der Erzeugung von senkrechten und waagerechten Konturen ergibt sich die Möglichkeit, die Konturverschiebungen in x- und y-Richtung unabhängig voneinander zu bestimmen. Anhand von senkrechten Konturen kann beispielsweise die Bestimmung einer rechts-links Verschiebung von Konturen unabhängig von oben-unten Verschiebung von Konturen betrachtet werden. Damit wird eine Reduktion der Bestimmung der Konturverschiebungen von einer multiplikativen Komplexität in eine additive Komplexität möglich. Bei einer multiplikativen Komplexität werden alle Kombination von Operationen, beispielsweise Konturverschiebungen in senkrechter und waagerechter Bildrichtung, betrachtet während bei einer additiven Komplexität die Operationen einzeln und das Gesamtergebnis als Superposition der Operationen bestimmt wird. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Zeitersparung.With the generation of vertical and horizontal contours results the possibility of the Determine contour displacements in the x and y directions independently of each other. On the basis of vertical contours, for example, the determination a right-left shift of contours independent of top-down shifting of contours are considered. This will be a reduction of the determination of the contour shifts of one multiplicative complexity in an additive complexity possible. In a multiplicative complexity, all combinations of Operations, such as contour shifts in vertical and horizontal image direction, while considering the operations in an additive complexity individually and the overall result as a superposition of operations is determined. this makes possible advantageously a time savings.
In einer vorteilhaften, konkreten Ausführungsform wird ein resultierendes Konturbild K erzeugt, indem die über verschiedene Verfahren erzeugten Konturbilder BK, die unterschiedliche Konturen enthalten können, algebraisch und/oder logisch verknüpft werden. Eine Verknüpfung kann dabei beispielsweise über eine UND- oder eine ODER-Verknüpfung oder eine Addition der über verschiedene Verfahren erzeugten Konturbilder erzeugt werden. Das Resultat einer UND-Verknüpfung von verschiedenen Konturbildern BK stellt dann beispielsweise Konturen dar, die sehr wesentlich sind. Eine UND-Verknüpfung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn einzelne der verschiedenen Verfahren zur Konturerzeugung sehr viele Konturen erzeugen, die teilweise uncharakteristisch sind. Dies ist beispielsweise bei der Konturerzeugung mit Hilfe des roberts- und/oder sobel-Operators der Fall.In an advantageous, concrete embodiment is a resulting Contour image K generated by the over different methods generated contour images BK, the different Contain contours algebraically and / or logically linked. A link can while about, for example an AND or an OR or an addition of the over different methods generated contour images are generated. The Result of an AND operation of different contour images BK then provides contours, for example which are very essential. An AND operation is especially then advantageous if any of the various methods for contour generation create a lot of contours that are partly uncharacteristic. This is for example in the contour generation with the help of roberts- and / or sobel operator's case.
Über eine
Verknüpfung
von Konturbildern BK mittels einer Additionsoperation werden beispielsweise
auch schwächere
Konturen einbezogen, die nur in einzelnen Konturbildern BK enthalten
sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Bereiche im Bild existieren,
in denen zu wenig Konturen zur Verfügung stehen, um eine Abbildungsänderung
mit ausreichender Sicherheit zu bestimmen. In
Hierbei
wird für
die Erzeugung des ersten Konturbilds BK0 ein
Originalbild B um beispielsweise 1 Pixel verschoben und die Differenz
des Originalbilds B und des verschobenen Originalbildes berechnet.
Dann wird mit Hilfe der Division durch eine Konstante const und
der Beschränkung
auf Werte zwischen 0 und 1 das Konturbild BK0 berechnet.
Analog erfolgt die Erzeugung des Konturbilds BK1,
wobei das Konturbild BK1 mit Hilfe eines
Schwellwertverfahrens mit der Schwelle S1 aus
der Differenz des Originalbilds B und des verschobenen Originalbildes
ermittelt wird. Zur Erzeugung von dem Konturbild BK2 wird das
Originalbild B mit Hilfe der Glättungsfunktion smooth
geglättet
und ebenfalls die Differenz zwischen geglättetem Bild und Originalbild
B gebildet. Aus der Differenz wird mittels eines Schwellwertverfahrens
mit der Schwelle S1 das Konturbild BK2 erzeugt. Zur Erzeugung von BK3 wird
in einem ersten Schritt ein Bitebenenbild erzeugt, indem Pixel mit dem
binären
Wert 1 belegt sind, deren siebtes Bit in der dualen Grauwertdarstellung
mit einer binären
1 belegt war. Dieses Bitebenenbild wird dann dann um 1 Pixel verschoben.
Der Absolutbetrag des Differenzenbildes ergibt das Konturbild BK3.Here, for the generation of the first contour image BK 0, an original image B is shifted by, for example, 1 pixel, and the difference of the original image B and the shifted original image is calculated. Then the contour image BK 0 is calculated by means of the division by a constant const and the restriction to values between 0 and 1. Analogously, the generation of the contour image BK 1 , wherein the contour image BK 1 is determined by means of a threshold value method with the threshold S 1 from the difference of the original image B and the shifted original image. To generate the contour image BK 2 , the original image B is smoothed smoothly by means of the smoothing function, and the difference between the smoothed image and the original image B is also formed. From the difference, the contour image BK 2 is generated by means of a threshold value method with the threshold S 1 . In order to generate BK 3 , a bit plane image is generated in a first step by occupying pixels with the
In einer Nachverarbeitung kann das resultierende Konturbild K oder die über verschiedene Verfahren erzeugten Konturbilder BK mit Hilfe einer Konturverdünnungsoperation thin bearbeitet werden, die die Pixelbreite der Kontur auf einen Pixel reduziert. Eine Konturverdünnungsoperation ist beispielsweise über die in der Bildverarbeitung bekannte Operation der Erosion gegeben.In a post-processing, the resulting contour image K or the above Various methods generated contour images BK using a Contour dilution operation be edited, the pixel width of the contour on one Pixel reduced. A contour dilution operation is over for example given the known in image processing operation of erosion.
Neben den bereits vorgestellten Verfahren zur Konturerzeugung können selbstverständlich noch weitere Verfahren zur Konturerzeugung angewendet werden. Diese können beispielsweise stochastische Eigenschaften und/oder Texturänderungen bei der Konturerzeugung berücksichtigen.Of course, in addition to the methods for contour production already presented, it is also possible to use further methods for producing the contour. These can be sto consider chastic properties and / or texture changes in contour generation.
Da für eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung von Konturverschiebungen, Konturrotationen und/oder Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV hinreichend viele Konturen vorhanden sein müssen, wird die Anzahl der erzeugten Konturen nach einer Verknüpfung von Konturbildern BK adaptiv gesteuert. Sind beispielsweise zu wenig Konturen in einem Konturbild BKn enthalten, dann müssen evtl. auch schwächere Konturen ermittelt werden.There for one high accuracy in the determination of contour displacements, contour rotations and / or contour magnifications or reductions ΔV Sufficient number of contours must be present, the number of generated Contours after a link controlled by contour images BK adaptive. For example, they are too few Contours in a contour image contain BKn, then may need. also weaker Contours are determined.
In
einer vorteilhaften, konkreten Ausführungsform wird die Anzahl
an Konturpixeln im resultierenden Konturbild K über Schwellwertverfahren mit
adaptiven Schwellen gesteuert. Ein erstes resultierendes Konturbild
K1 wird beispielsweise gemäß
Da
Konturen in einem Konturbild BK immer durch den binären Wert
1 dargestellt werden, haben Konturen in Kinf, je nachdem ob sie
in einem oder mehreren Binarisierungsverfahren erzeugt wurden, Werte
zwischen 1 und der Anzahl von angewandten Binarisierungsverfahren.There
Contours in a contour image BK always by the
In
einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Erzeugung eines dritten resultierenden Konturbilds K3
gemäß
Weiterhin können bei einer Addition von Konturen, die über verschiedene Verfahren zur Konturerzeugung erzeugt wurden, über die Benutzung des Konturselektionswerts S6, der größer als 1 ist, Konturen ausgewählt werden, die besonders wichtig und markant sind. Damit wird die Abbildungsänderung im Bild in erster Linie aus den wichtigen Konturen bestimmt. Mehr Konturen sollten über eine Herabsetzung des Konturselektionswerts S6 hinzugefügt werden, wenn die Genauigkeit des Ergebnis der Bestimmung der Abbildungsänderung nicht ausreicht. Der Konturselektionswert S6 darf jedoch nicht zu niedrig gewählt werden, da aufgrund von Bildgegebenheiten sehr viele Konturen vorhanden sein können. Wenn diese ähnliche und/oder wiederkehrende Strukturen aufweisen, so besteht die Gefahr, dass Fehlinterpretationen der Abbildungsänderung, insbesondere bei Verdeckungen, erfolgen. In diesem Fall muss der Konturselektionswert S6 höher gewählt werden.Farther can when adding contours through different methods for generating contours via the use of the contour selection value S6, which is larger than 1 is selected, contours which are particularly important and distinctive. This will change the picture in the picture primarily determined from the important contours. More Contours should be over adding a reduction of the contour selection value S6, if the accuracy of the result of the determination of the image change not enough. However, the contour selection value S6 must not chosen low be, because due to image conditions very many contours exist could be. If this is similar and / or have recurring structures, there is a risk that misinterpretations of the image change, especially in occlusions, respectively. In this case, the contour selection value S6 must be set higher.
Selbstverständlich kann Kinf statt einer Addition von den Ergebnissen der verschiedenen Binarisierungsverfahren auch eine multiplikative und/oder gemischte Verknüpfung der Ergebnisse verschiedener Binarisierungsverfahren enthalten. Hierdurch lassen sich insbesondere schwache Unterschiede verstärken. Analog können dann Selektionsverfahren für anderweitig verknüpfte Konturbilder BK angewendet werden.Of course you can Kinf instead of an addition of the results of the various Binarization also a multiplicative and / or mixed shortcut the results of various Binarisierungsverfahren included. This makes it possible, in particular, to increase weak differences. Analogous can then selection procedure for otherwise linked Contour images BK are applied.
Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Konturen innerhalb des gesamten Bildes zu erreichen, wird die Anzahl der erzeugten Konturpixel für bestimmte Teilbereiche des Bildes adaptiv gesteuert. So kann beispielsweise an den Randflächen, die besonders sensitiv für eine Unterscheidung von durch Stereokameratranslation- und Stereokamerarotationsanteilen bewirkte Konturverschiebungen sind, eine hinreichend große Anzahl von Konturpixeln sichergestellt werden. Die Anzahl von Konturpixeln und ihre gleichmäßige Verteilung über das gesamte Bild sind wichtig, damit in späteren Schritten des Verfahrens die Übereinstimmungen von Konturen des rechten und des verschobenen linken Konturbilds und auch die Übereinstimmung von Konturbildern zu verschiedenen Zeitpunkten nach einer Anwendung von Konturoperationen eindeutig bestimmt werden können.Around one possible even distribution of To achieve contours within the entire image, the number becomes the generated contour pixels for certain Subregions of the image adaptively controlled. So, for example at the edge surfaces, the most sensitive for a distinction made by stereo camera translation and stereo camera shares Contour shifts are a sufficiently large number of contour pixels be ensured. The number of contour pixels and their uniform distribution over the entire picture are important to use in later steps of the procedure the matches of contours of the right and the left left contour image and also the agreement of contour images at different times after an application of Contour operations can be clearly determined.
Nach
der Erzeugung von Konturbildern zum Zeitpunkt n BK1n, BK2n werden
aus diesen Bildern Konturen extrahiert, die in einer Stereokameraebene SKEn
im Raum liegen. Dazu wird ein Flächenvergleich
aller Konturflächen,
oder auch Teile davon, des rechten Konturbildes BK1n und des um
einen oder mehrere Pixel in x- und/oder y-Richtung verschobenen
linken Konturbildes BK2n durchgeführt. Dieser Flächenvergleich
kann beispielsweise über UND-Verknüpfung des
rechten Konturbildes BK1n und des linkens, verschobenen Konturbildes
realisiert sein. Wie in
Analog
erfolgt zum Zeitpunkt n + 1 eine Ermittlung der Flächen Fn+1,shk2 und der entsprechenden Stereokameraebenen
SKEn + 1_k2 aus den Konturbildern BK1n + 1 und BK2n + 1 des nächsten Zeitschritts.Similarly, at
Nachdem für alle Verschiebungen shk1 und shk2 die Flächen Fn,shk1 und Fn+1,shk2bestimmt wurden, wird eine optimale Stereokameraebene SKEn* so ausgewählt, dass sie möglichst viele markante Konturen enthält. Dazu wird eine Verschiebung shk1* aus der gesamten Menge shk1 und eine Verschiebung shk2* aus der gesamten Menge shk2 ausgewählt, die gleichzeitig drei Kriterien optimiert. Die Verschiebungen shk1* und shk2* werden als die Verschiebungen ausgewählt, bei der die Flächen Fn,shk1* und Fn+1,shk2* maximal sind, wobei gleichzeitig der Absolutbetrag der Differenz von shk1* und shk2* minimal ist. Damit werden für beide Zeitpunkte n und n + 1 optimale Stereokameraebenen SKEn* und SKEn + 1* ausgewählt, die annähernd gleichweit von der Stereokamera entfernt sind und möglichst viele Konturen enthalten.After the areas F n, shk1 and F n + 1, shk 2 have been determined for all displacements shk1 and shk2, an optimal stereo camera level SKEn * is selected so that it contains as many distinct contours as possible. For this purpose, a shift shk1 * from the entire set shk1 and a shift shk2 * from the entire set shk2 is selected, which simultaneously optimizes three criteria. The shk1 * and shk2 * shifts are selected as the shifts where the areas Fn, shk1 * and Fn + 1, shk2 * are maximum, and at the same time the absolute value of the difference of shk1 * and shk2 * is minimum. Thus, optimal stereo camera levels SKEn * and SKEn + 1 * are selected for both times n and n + 1, which are approximately equidistant from the stereo camera and contain as many contours as possible.
Stereokameraebenen SKEn und SKEn + 1, die annähernd gleichweit von der Stereokamerabildebene entfernt sind, werden im Folgenden als korrespondierende Stereokameraebenen bezeichnet.Stereo Camera levels SKEn and SKEn + 1, which approximate equidistant from the stereo camera plane, are in the Hereafter referred to as corresponding stereo camera planes.
Nach
Bestimmung der optimalen Stereokameraebene SKEn* wird das rechte
Konturbild BK1n auf die Konturen, die in der optimalen Stereokameraebene
SKEn* liegen, reduziert und ergibt so ein optimales Konturbild BKn*.
Analog wird das rechte Konturbild BK1n + 1 auf die Konturen, die
in der optimalen Stereokameraebene SKEn + 1* liegen, reduziert und
ergibt so ein optimales Konturbild BKn + 1*. Nur diese optimale
Konturbilder BKn* und BKn + 1* werden dann in der zeitlichen Abfolge
n auf n + 1 betrachtet. Selbstverständlich ist es auch möglich, die optimale
Konturbilder BKn*, BKn + 1* aus den linken Konturbildern BK2n, BK2n
+ 1 zu erzeugen.To
Determining the optimal stereo camera level SKEn * becomes the right one
Contour image BK1n on the contours, which in the optimal stereo camera plane
SKEn * lie, reduces and thus yields an optimal contour image BKn *.
Similarly, the right contour image BK1n + 1 is applied to the contours
lie in the optimal stereo camera level SKEn + 1 *, reduced and
thus gives an optimal contour image BKn + 1 *. Only this optimal
Contour images BKn * and BKn + 1 * will then be in chronological order
n on
Nach Erzeugung der optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* wird in einem dritten Verfahrensschritt eine Transformation T gesucht, die eine maximale Übereinstimmung von Konturen in den ausgewählten Stereokameraebenen SKEn*, SKEn + 1* vor und nach der Lageänderung der Stereokamera herstellt. Die Transformation T drückt dabei die Abbildungsänderung von Konturen zu verschiedenen Zeitpunkten n und n + 1 aus. Dazu wird das optimale Konturbild BKn + 1* mit einer Transformation T transformiert und das transformierte optimale Konturbild T(BKn + 1*) wird mit dem optimalen Konturbild BKn* verglichen. Eine Transformation T wird nur dann akzeptiert, wenn annähernd alle Konturpixel, beispielsweise 95%, nach der Transformation T übereinstimmen, andernfalls wird eine Transformation T über die Konturbilder BKn, BKn + 1 berechnet, die aus anderen korrespondierenden Stereokameraebenen SKEn und SKEn + 1 erzeugt wurden. Die Übereinstimmung kann dabei beispielsweise über eine UND-Verknüpfung des optimalen Konturbilds BKn* und des transformierten optimalen Konturbilds T(BKn + 1*) ermittelt werden.To Generation of the optimal contour images BKn * and BKn + 1 * is in one third step, a transformation T sought, the one maximum match of contours in the selected Stereo camera levels SKEn *, SKEn + 1 * before and after the change in position the stereo camera produces. The transformation T presses the picture change of contours at different times n and n + 1. To is the optimal contour image BKn + 1 * with a transformation T transformed and the transformed optimal contour image T (BKn + 1 *) is compared with the optimal contour image BKn *. A transformation T is only accepted if approximately all contour pixels, for example 95%, after the transformation T match, otherwise, a transformation T over the contour images BKn, BKn + 1 calculated from other corresponding stereo camera planes SKEn and SKEn + 1 were generated. The match can be done for example via a AND operation the optimal contour image BKn * and the transformed optimal Contour image T (BKn + 1 *) are determined.
Zur Bestimmung der Transformation T werden verschiedene Konturoperationen auf dem optimalen Konturbild BKn + 1* durchgeführt.to Determining the transformation T be different contour operations performed on the optimal contour image BKn + 1 *.
In einer ersten Operation werden die Konturen des optimalen Konturbilds BKn + 1* in der Bildebene rotiert (Konturrotation). In einer zweiten Operation werden die Konturen des optimalen Konturbilds BKn + 1* in x- und y-Richtung pixelweise verschoben (Konturverschiebung). In einer dritten Operation werden die Konturen des optimalen Konturbilds BKn + 1* vergrößert bzw. verkleinert (Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV). Aus den Anteilen der einzelnen Konturoperationen lässt sich dann die Lageänderung der Stereokamera bestimmen. Beispielsweise lassen sich aus der Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV die Vor- und Rückwärtsbewegung der Stereokamera bestimmen.In a first operation, the contours of the optimal contour image BKn + 1 * are rotated in the image plane (contour rotation). In a second operation, the contours of the optimal contour image BKn + 1 * are shifted pixel by pixel in the x and y direction (contour shift). In a third operation, the contours of the optimal contour image BKn + 1 * are enlarged or reduced (contour enlargement or reduction ΔV). From the proportions of the individual contour operations can then determine the change in position of the stereo camera. Beispielswei From the contour enlargement or reduction ΔV, the forward and backward movement of the stereo camera can be determined.
Die
Konturoperationen werden dabei in der Regel sequenziell bestimmt.
In einem ersten Schritt wird die Konturrotation um die senkrechte
Bildachse bestimmt. Dies entspricht der Konturrotation in der Bildebene.
Hierfür
können
insbesondere nicht nur die in den optimalen Konturbildern BKn* und
BKn + 1* enthaltenen Konturen, sondern alle Konturen der Konturbilder
BK1n und BK1n + 1, beziehungsweise alle Konturen der Konturbilder
BK2n und BK2n + 1 verwendet werden. Dies ist zulässig, da für die reine Rotation um die
senkrechte Bildachse die Konturen in allen Stereokameraebenen SKEn
und SKEn + 1 um denselben Rotationswinkel rotiert werden und die Entfernung
der Stereokameraebenen SKE von der Stereokamera für die Konturrotation
keine Rolle spielt. In
Für die Bestimmung
der Konturverschiebung gelten jedoch nicht die selben Verhältnisse,
wenn die Konturen aller Stereokameraebenen SKE in Betracht gezogen
werden. In
Dann
wird die Fläche
Eine
maximale Übereinstimmung
tritt für
die optimale Gesamtverschiebung sh* ein, für den die Fläche Fn,shk maximal wird. Das Maximum wird gemäß der Bedingung
Werden nicht die optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* für die Bestimmung der Konturverschiebung gewählt, so werden vorzugsweise Konturen aus korrespondierenden Stereokameraebenen SKEn und SKEn + 1 zur Bestimmung der Konturverschiebung gewählt, die nahe der Stereokamera liegen, da für solche Stereokameraebenen das Maximum der Übereinstimmung deutlich ausgeprägter ist.Become not the optimal contour images BKn * and BKn + 1 * for the determination the contour shift is selected, so contours are preferably from corresponding stereo camera levels SKEn and SKEn + 1 are selected to determine the contour shift, the lie near the stereo camera, as for such stereo camera planes the maximum of the match much more pronounced is.
In
einem dritten Schritt erfolgt die Bestimmung der Konturvergrößerung bzw.
-verkleinerung ΔV.
In
Hierzu wird das optimale Konturbild BKn + 1* vorzugsweise in einen zentralen Teil und in einen Rand aufgeteilt, der so groß ist, dass die maximal zulässige Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV nicht zu einem Informationsverlust führt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn bei einer maximalen Konturvergrößerung des zentralen Teils die durch den CCD-Sensor gegebene Bildgröße überschritten wird.For this is the optimal contour image BKn + 1 * preferably in a central Part and divided into an edge that is so large that the maximum allowable contour enlargement or reduction ΔV not leads to a loss of information. This is the case, for example, if at a maximum contour enlargement of the central part exceeded the given by the CCD sensor image size becomes.
Das optimale Konturbild BKn + 1*, oder dessen zentraler Teil, wird um eine Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV vergrößert bzw. verkleinert, wobei dies für eine vorbestimmte Anzahl von Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV erfolgt, die zum Beispiel in einer Liste eingetragen sind. Der Anfangseintrag der Liste ist mit an und der Endeintrag mit en bezeichnet. Ein Laufindex k läuft iterativ von k = an ... en und indiziert bestimmte Listeneinträge, die wiederum bestimmte Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV bezeichnen.The optimal contour image BKn + 1 *, or its central part, will be around a contour enlargement or reduction ΔV enlarged or downsized, this being for a predetermined number of contour enlargements or reductions ΔV takes place, the for example, are listed in a list. The initial entry the list is marked with and the end entry with. A running index k is running iteratively from k = an ... en and indexes certain list entries that turn certain contour enlargements or Reductions ΔV describe.
Das
vergrößerte bzw.
verkleinerte optimale Konturbild BKn + 1* wird nach einer entsprechenden Kontraktion
bzw. Extraktion mit dem optimalen Konturbild BKn* verglichen, beispielsweise über eine UND-Verknüpfung. Mit
einer UND-Verknüpfung
ergibt sich analog zu Formel 12 eine Fläche Fn,ΔVk,
die identisch mit der Anzahl der Konturpixel ist, die sich nach
der Konturvergrößerung bzw.
-verkleinerung ΔV
des optimalen Konturbildes BKn + 1* mit dem optimalen Konturbildes
BKn* überdecken.The enlarged or reduced optimal contour image BKn + 1 * is compared after a corresponding contraction or extraction with the optimal contour image BKn *, for example via an AND operation. With an AND operation, an area F n, ΔVk , which is identical to the number of contour pixels resulting from the contour enlargement or reduction ΔV of the optimum contour image BKn + 1 * with the optimum contour image BKn *, results analogously to
In
Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV nach der Bestimmung der Konturverschiebung und Konturrotation oder wenn Konturverschiebung und Konturrotation schon annähernd bestimmt sind. Wenn nicht die optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* für die Bestimmung der Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV gewählt werden, ist es vorteilhaft, Konturen aus sehr nahe an der Stereokameraebene gelegenen, korrespondierenden Stereokameraebenen SKEn und SKEn + 1 zu verwenden, da bei diesen der Effekt der Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV besonders deutlich ist.Preferably the determination of the contour enlargement or reduction ΔV takes place after the Determination of contour shift and contour rotation or if contour shift and Konturotation already approximate are determined. If not the optimal contour images BKn * and BKn + 1 * for the determination of the contour enlargement or reduction ΔV is selected, it is advantageous to have contours from very close to the stereo camera plane, corresponding stereo camera levels SKEn and SKEn + 1, because in these the effect of the contour enlargement or reduction .DELTA.V especially is clear.
Generell sollten zur optimalen Bestimmung der Lageänderung des Objekts Stereokameraebenen SKE ausgewählt werden, die einerseits viele Konturen enthalten, andererseits aber auch eine starke Abbildungsänderung von einem Zeitpunkt n auf den Zeitpunkt n + 1 enthalten. In einer weiteren Ausführungsform kann daher die Größe der Abbildungsänderung nicht nur für die optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* untersucht werden, sondern für Konturbilder, die aus nicht optimalen korrespondierenden Stereokameraebenen SKEn, SKEn + 1 erzeugt wurden, wobei dann Konturbilder BKn und BKn + 1 ausgewählt werden, die eine möglichst große Anzahl an Konturpixeln enthalten und deren Konturen eine möglichst große Abbildungsänderung erfahren.As a general rule should be for optimal determination of the change in position of the object stereo camera levels SKE selected which contain many contours on the one hand, but on the other hand also a strong picture change from a time n to the time n + 1 included. In a another embodiment can therefore the size of the image change not only for the optimal contour images BKn * and BKn + 1 * are examined, but for Contour images consisting of non-optimal corresponding stereo camera planes SKEn, SKEn + 1 were generated, and then contour images BKn and BKn + 1 selected be the one possible size Contains number of contour pixels and their contours as possible size picture change Experienced.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das zum ersten Zeitpunkt n erzeugte Konturbild BK1n oder optimale Konturbild BKn* zu transformieren und mit dem zum zweiten Zeitpunkt n + 1 erzeugten Konturbild BK1n + 1 oder optimalen Konturbild BKn + 1* zu vergleichen. Werden beide Möglichkeiten der Transformationsbestimmung, also Transformation von dem Konturbild BK1n + 1 auf das Konturbild BK1n und Transformation von Konturbild BK1n + 1 auf das Konturbild BK1n genutzt, so kann eine Kontrolle der Transformationsbestimmung durch einen Vergleich der beiden bestimmten Transformationen erfolgen.Of course it is it also possible the contour image BK1n or optimal generated at the first time n Contour image BKn * to transform and with the second time n + 1 generated contour image BK1n + 1 or optimal contour image BKn + 1 * to compare. Are both possibilities of transformation determination, ie transformation from the contour image BK1n + 1 to the contour image BK1n and transformation of contour image BK1n + 1 onto the contour image BK1n used, so can control the transformation determination by a comparison of the two specific transformations take place.
Aus den geometrischen Beziehungen im Bild, insbesondere den Konturverschiebungen, den Konturrotationen und den Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV lässt sich die Lageveränderung der Stereokamera bestimmen, wenn die Geometrie der Stereokamera genau bekannt und eine Eichung der Fokalebene erfolgt ist.Out the geometric relationships in the image, in particular the contour shifts, the Konturrotationen and the contour enlargements and reductions ΔV can be the change in position the stereo camera determine if the geometry of the stereo camera exactly known and a calibration of the focal plane is done.
Mit dem bekannten Stereokameramodel kann jeder dreidimensionale Punkt über die zugehörigen Bildpunkte in den rechten und linken Stereoteilbildern STB1n, STB2n und STB1n + 1, STB2n + 1 beschrieben werden, beispielsweise über homogene Koordinaten und einen entsprechenden Skalierungsfaktor.With The known stereo camera model can be any three-dimensional point on the associated Pixels in the right and left stereo subpictures STB1n, STB2n and STB1n + 1, STB2n + 1, for example, via homogeneous coordinates and a corresponding scaling factor.
In
Analog
lassen sich Beziehungen für
die Stereokamerarotation und die Vor- bzw. Rückwärtsbewegung der Stereokamera
entwickeln. Beispielsweise kann aus der optimalen Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV* und dem
Abstand der Stereokameraebenen SKEn + 1* bzw. SKEn* die Vorwärts- bzw.
Rückwärtsbewegung ΔZ der Stereokamera über
Bei der Ermittlung der Stereokameratranslation, der Stereokamerarotation und der Vor- bzw. Rückwärtsbewegung der Stereokamera kann zum Beispiel der Ursprung des Weltkoordinatensystems in das rechte Stereoteilbild STB1n der Stereokamera zum Zeitpunkt n gelegt werden. Eine Lageveränderung der gesamten Stereokamera wird dann in Bezug auf dieses Weltkoordinatensystem ausgedrückt. Das linke Stereoteilbild STB2n der Stereokamera zum Zeitpunkt n ergibt sich beispielsweise über eine euklidische Transformation, die in „X. Armangue, H. Araújo, S. Salvi, A review an egomotion by means of differential epipolar geometry applied to the movement of a mobile robot, Pattern Recognition 36 (2003), 2927–2944” beschrieben ist.at the determination of the stereo camera translation, the stereo camera rotation and the forward or backward movement For example, the stereo camera may have the origin of the world coordinate system in the right stereo subpicture STB1n of the stereo camera at time n be placed. A change of position the entire stereo camera will then be relative to this world coordinate system expressed. The left stereo subpicture STB2n of the stereo camera at time n results, for example, over an Euclidean transformation, which in "X. Armangue, H. Araújo, S. Salvi, A review of egomotion by means of differential epipolar geometry applied to the movement of a mobile robot, Pattern Recognition 36 (2003), 2927-2944 " is.
Wenn
mit R die Rotationsmatrix und mit Tr die Translationsmatrix und
mit ΔV die
Konturvergrößerungs-
bzw. -verkleinerung bezeichnet wird, dann ist Lageveränderung
der Stereokamera zwischen den Zeitpunkten n und n + 1 gegeben durch
Analog zur Bestimmung der Stereokameratranslation, der Stereokamerarotation und der Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung der Stereokamera aus einem Punkt M, können die Stereokameratranslation, der Stereokamerarotation und die Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung auch aus den ermittelten Abbildungsänderungen der Konturen berechnet werden.Analogous for the determination of the stereo camera translation, the stereo camera rotation and the forward or backward movement the stereo camera from a point M, the stereo camera translation, the stereo camera rotation and the forward and backward movement also from the determined image changes the contours are calculated.
In manchen Fällen können Abbildungsänderungen, insbesondere Konturverschiebungen, in den Konturbildern BKn und BKn + 1 zwischen den verschiedenen Zeitpunkten n und n + 1 durch Stereokamerarotation und Stereokameratranslation erzeugt werden. Um eine Unterscheidung von Beiträgen der Stereokamerarotation und Stereokameratranslation zur Konturverschiebung zu verbessern, wird vorzugsweise der linke obere Randbereich und der rechte untere Randbereich der optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* benutzt. Dieser Randbereichswahl liegt folgende Überlegung zugrunde. Handelt es sich bei einer Konturverschiebung um das Resultat einer Stereokamerarotation, so ist der Betrag der Konturverschiebung für die Konturen in allen Bildbereichen, insbesondere auch in den Randbereichen gleich. Ist die Konturverschiebung nicht allein Resultat einer Stereokamerarotation, so sind die Beträge der Konturverschiebung der Konturen in unterschiedlichen Bildbereichen verschieden. Dies gilt insbesondere für den rechten und linken bzw. oberen und unteren Rand eines Bildes. Mit der Wahl der Randbereiche kann somit eine durch Stereokameratranslation von einer durch Stereokamerarotation erzeugte Konturverschiebung unterschieden werden, da bei einer Stereokamerarotation der nahezu selbe Wert einer Konturverschiebung bei beiden Rändern auftritt. Bei einer Stereokameratranslation tritt wegen des unterschiedlichen Winkels, in dem der rechte und der linke Rand abgebildet werden, ein Unterschied im Wert der Konturverschiebung auf. Wenn eine beispielsweise rechte Kamera einer Stereokamera verschoben wird, dann unterscheidet sich die Verschiebung von Konturen, die über achsennahe Strahlen abgebildet werden, von der Verschiebung von Konturen, die über randzonennahe Strahlen abgebildet werden. Zwei Konturen werden in in einer beispielsweise rechten Kamera einer Stereokameraebene bei einer Translation am rechten und am linken Bildrand unterschiedlich groß und unterschiedliche verschoben in den Konturbildern BK1n und BKn + 1 vor und nach der Stereokameratranslation dargestellt. Bei einer Rotation einer beispielsweisen rechten Kamera einer Stereokamera ergeben sich dagegen keine Unterschiede zwischen der Verschiebung von Konturen, die über achsennahe Strahlen abgebildet werden, und der Verschiebung von Konturen, die über randzonennahe Strahlen abgebildet werden. Zwei Konturen einer Ebene werden bei einer Rotation der beispielsweisen rechten Kamera einer Stereokamera am rechten und am linken Bildrand gleich groß und gleich verschoben in den Konturbildern BKn und BKn + 1 vor und nach der Rotation der Stereokamera dargestellt.In some cases, image changes, in particular contour shifts, can be generated in the contour images BKn and BKn + 1 between the different times n and n + 1 by stereo camera rotation and stereo camera translation. In order to improve discrimination of contributions of the stereo camera rotation and stereo camera translation to the contour shift, it is preferable to use the left upper margin and the lower right margin of the optimum contour images BKn * and BKn + 1 *. This margin selection is based on the following consideration. If a contour shift is the result of a stereo camera rotation, then the amount of the contour shift is the same for the contours in all image areas, in particular also in the border areas. If the contour shift is not the sole result of a stereo camera rotation, the amounts of contour shifting of the contours in different image areas are different. This is especially true for the right and left or upper and lower edges of an image. With the choice of the edge regions can thus be distinguished by stereo camera translation of a generated by stereo camera rotation contour shift, since in a stereo camera rotation of almost the same value of a contour shift occurs at both edges. In stereo camera translation, a difference in the value of the contour shift occurs because of the different angles at which the right and left edges are imaged. For example, when moving a camera on the right side of a stereo camera, the movement of contours that are imaged on near-axis rays differs from the contours of contours that are imaged over near-edge rays. Two contours are displayed in different sizes in a right camera of a stereo camera plane, for example, at a translation at the right and at the left edge of the picture and different shifts in the contour pictures BK1n and BKn + 1 before and after the stereo camera translation. On a rotation of an exemplary right camera of a stereo camera, however, there are no differences between the displacement of contours, which are imaged on near-axis rays, and the displacement of contours that are imaged over near-edge rays. Two contours of a plane are displayed at a rotation of the example right camera of a stereo camera on the right and left edge of the same size and equal in the contour images BKn and BKn + 1 before and after the rotation of the stereo camera.
Wenn
die betrachteten Stereokameraebenen SKEn* und SKEn + 1* weit von
der Stereokamera entfernt sind und die betrachteten Konturen nahe der
Bildmitte abgebildet sind, so ist eine Unterscheidung zwischen den
Beiträgen
von Stereokameratranslation und Stereokamerarotation zur Konturverschiebung
schwierig. In diesem Fall kann der Beitrag der Stereokamerarotation
zur Konturverschiebung genau bestimmt werden, indem man sämtliche
zum Zeitpunkt n ermittelten Stereokameraebenen SKEn mit den korrespondierenden,
zum Zeitpunkt n + 1 ermittelten, Stereokameraebenen SKEn + 1 vergleicht. Der
Vergleich kann dabei beispielsweise über eine UND-Verknüpfung der
aus den Stereokameraebenen SKEn bzw. SKEn + 1 erzeugten Konturbilder BKn
und BKn + 1 realisiert sein. Für
Konturbilder BKn und BKn + 1 aus den Stereokameraebenen SKEn und
SKEn + 1, in denen sich die meisten Konturen überdecken und insbesondere
das Ergebnis der UND-Verknüpfung
maximal wird, kann dann die durch die Stereokamerarotation erzeugte
Konturverschiebung optimal bestimmt werden. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn das Maximum der UND-Verknüpfung deutlich ausgeprägt ist,
insbesondere auch für
verschieden weit entfernte Stereokameraebenen SKEn, SKEn + 1.If
the considered stereo camera levels SKEn * and SKEn + 1 * are far from
the stereo camera are removed and the contours contemplated near the
Picture center, so is a distinction between the
contributions
from stereo camera translation and stereo camera rotation to contour shifting
difficult. In this case, the contribution of stereo camera rotation
for contour shifting are determined exactly by all
at the time n detected stereo camera levels SKEn with the corresponding,
At the time n + 1 determined, stereo camera levels SKEn + 1 compared. Of the
Comparison can be made, for example, via an AND operation of the
from the stereo camera levels SKEn or SKEn + 1 generated contour images BKn
and BKn + 1 be realized. For
Contour pictures BKn and BKn + 1 from the stereo camera levels SKEn and
SKEn + 1, where most of the contours overlap, and in particular
the result of the AND operation
is maximum, then can be generated by the stereo camera rotation
Contour shift can be optimally determined. This is special
then the case when the maximum of the AND is clearly pronounced,
especially for
different distant stereo camera levels SKEn,
Insbesondere kann auch der Mittelwert von dem über alle Stereokameraebenen ermittelten Beitrag der Stereokamerarotation zur Konturverschiebung bestimmt werden.Especially may also be the mean of that across all stereo camera levels determined contribution of the stereo camera rotation to the contour shift be determined.
Mit dem so genau bestimmten Beitrag der Stereokamerarotation zur Konturverschiebung lässt sich in einem zweiten Schritt der Beitrag der Stereokameratranslation zur Konturverschiebung aus den Randzonen von korrespondierenden Konturbildern BKn, BKn + 1 bestimmen, da die Differenz zwischen der auf die Stereokamerarotation zurückgehende Konturverschiebung und die tatsächlich festgestellten Konturverschiebungen aus der Stereokameratranslation resultieren.With the contribution of the stereo camera rotation to the contour shift so precisely determined let yourself in a second step, the contribution of stereo camera translation to the contour shift from the edge zones of corresponding Contour images BKn, BKn + 1 determine because the difference between the contour shift due to the stereo camera rotation and actually detected contour shifts from the stereo camera translation result.
In
Die
verschobene Region liob des optimalen Konturbildes BKn + 1* wird
dann mit der Region liob des optimalen Konturbildes BKn* verglichen,
beispielsweise über
eine UND-Verknüpfung. Mit
einer UND-Verknüpfung
ergibt sich analog zu Formel 12 eine Fläche Fn,shk,
die identisch mit der Anzahl der Konturpixel ist, die sich nach
der Verschiebung in den Region liob des optimalen Konturbildes BKn*
und in der Region liob des optimalen Konturbildes BKn + 1* überdecken.The shifted region liob of the optimal contour image BKn + 1 * is then compared with the region liob of the optimal contour image BKn *, for example via an AND link. With an AND operation, analogous to
In
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann die Bestimmung des Beitrags der Stereokamerarotation zur Konturverschiebung,
inbesondere wenn keine Stereokameratranslation vorliegt, über folgendes Vorgehen
erfolgen. Es werden mindestens drei Konturen mittels verschiedener
Stereokameraebenen SKEn + 1 ausgewählt, die parallel zur Stereokamerabildebene
liegen und weit voneinander entfernt sind. Dabei muss die am nächsten zur
Stereokamerabildebene gelegene Stereokameraebene mindestens so weit
entfernt sein, dass der Kreis der gleichen Entfernung bei der Stereokamerarotation
durch stückweise Geraden
von der Länge
der Kontur angenähert
werden kann. Andernfalls muss die Verzerrung der Kontur bei der
Abbildung auf die Stereokamerabildebene rechnerisch berücksichtigt
werden, was die Echtzeitfähigkeit
des Verfahrens beeinträchtigt.
Unabhängig von
der Entfernung der ausgewählten
Stereokameraebenen SKEn + 1 führt
eine Stereokamerarotation zu einer Konturverschiebung aller Konturen
in den verschiedenen Stereokameraebenen SKEn + 1 um denselben Betrag.
Dies ist schematisch in
In
Das
verschobenen Konturbild BKn + 1, welches mindestens 3 unterschiedliche
weit entfernte Ebenen enthält,
wird dann mit dem Konturbild BKn, welches mindestens 3 korrespondierende
Ebenen enthält,
verglichen, beispielsweise über
eine UND-Verknüpfung.
Mit einer UND-Verknüpfung
ergibt sich analog zu Formel 12 eine Fläche Fn,shk,
die identisch mit der Anzahl der Konturpixel ist, die sich nach
der Verschiebung des Konturbildes BKn + 1, welches mindestens 3
unterschiedliche weit entfernte Ebenen enthält, und Konturbildes BKn, welches mindestens
3 korrespondierende Ebenen enthält, überdecken.The shifted contour
In
Wird die Lageänderung der Stereokamera aus zwei, beispielsweise optimalen, Konturbildern BKn* und BKn + 1* bestimmt, so sind alle Möglichkeiten der Konturverschiebung in x- und in y-Richtungen, alle möglichen Winkel der Konturrotation und alle Möglichkeiten der Konturvergrößerung bzw. -verkleinerung ΔV zu betrachten. Die hierfür zu betrachtenden Anzahl an Variationen ist in der Regel groß, wodurch eine Analyse zeitaufwändig wird. Da die Ermittlung der Konturverschiebung in verschiedene Richtungen, der Konturrotation und der Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV nicht unabhängig voneinander durchgeführt werden kann, werden in einer bevorzugten Ausführungsform Maßnahmen zur Beschleunigung der Ermittlung angewandt.Becomes the change of position the stereo camera of two, for example, optimal, contour images BKn * and BKn + 1 *, all possibilities of contour shifting are determined in x and y directions, all possible angles of contour rotation and all possibilities the contour enlargement or reduction ΔV consider. The one for this The number of variations considered is usually large, which means an analysis time consuming becomes. Since the determination of the contour shift in different directions, the Konturrotation and the contour enlargements and reductions .DELTA.V not independently carried out In a preferred embodiment, measures are taken used to speed up the investigation.
Diese betreffen die Einschränkung der Konturarten, für die Konturverschiebungen, Konturrotation und/oder Konturvergrößerung bzw. -verkleinerungen ΔV ermittelt werden. Es werden insbesondere solche Konturen ermittelt, die eine Separation der Beiträge von Konturverschiebungen, Konturrotationen und Konturvergrößerung bzw. -verkleinerungen ΔV ermöglichen.These affect the restriction of the contour types, for the contour shifts, contour rotation and / or contour enlargement or Reductions ΔV be determined. In particular, such contours are determined the one separation of the contributions of contour displacements, contour rotations and contour enlargement or Reductions ΔV enable.
Beispielsweise werden senkrechte Konturen erzeugt, die vorteilhaft genutzt werden können, um Konturverschiebungen in x-Richtung besonders sensitiv zu bestimmen. Analog werden waagerechte Konturen erzeugt und genutzt, um Konturverschiebungen in y-Richtung besonders sensitiv zu bestimmen. Hierdurch kann der Suchbereich der Konturverschiebung beschränkt werden, beispielsweise auf 3 Pixel. Weiterhin kann durch die Separation von Konturverschiebungen in x-Richtung und y-Richtung die Anzahl der möglichen Konturverschiebungen in x-Richtung anx von der Anzahl der möglichen Konturverschiebungen in y-Richtung any getrennt werden. Statt der multiplikativen Anzahl der Gesamtvariationen anx x any wird nun nur die Summe der Einzelvariationen anx + any, betrachtet.For example vertical contours are generated, which are used to advantage can, to determine contour shifts in the x-direction particularly sensitively. Similarly, horizontal contours are generated and used to contour displacements to determine particularly sensitive in the y-direction. This allows the Search range of the contour shift are limited, for example on 3 pixels. Furthermore, by the separation of contour shifts in x-direction and y-direction the number of possible contour shifts in the x-direction anx of the number of possible contour shifts be separated in y direction any. Instead of the multiplicative number the total variations anx x any will now only be the sum of the individual variations anx + any, considered.
In einer weiteren Ausführungsform wird nur ein Teilbereich der optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* betrachtet. Um Konturverschiebungen in x-Richtung besonders sensitiv zu bestimmen, sind die Teilbereiche vorzugsweise klein in x-Richtung und groß in y-Richtung zu wählen, beispielsweise 5 Pixel in x-Richtung und H Pixel in y-Richtung, wobei H die Anzahl der Pixel des Bildes in y-Richtung bezeichnet. Analog kann für die Bestimmung der Konturverschiebung in y-Richtung ein Teilbereich gewählt werden, der klein in y-Richtung und groß in x-Richtung ist.In a further embodiment Only a subset of the optimal contour images BKn * and BKn + 1 * considered. To contour displacements in the x direction especially sensitive to determine the subregions are preferably small in x-direction and big in to choose y-direction, for example, 5 pixels in the x-direction and H pixels in the y-direction, where H denotes the number of pixels of the image in the y direction. Analog can be for the determination of the contour shift in the y direction is a subarea chosen which is small in the y direction and large in the x direction.
Die Wahl der Teilbereich kann dabei erst in den optimalen Konturbildern BKn* und BKn + 1* stattfinden, sie kann jedoch auch bereits in dem resultierenden Konturbild K oder in den über verschiedenen Verfahren erzeugten Konturbildern BK stattfinden. Vorzugsweise wird die Wahl der Teilbereich mit dem Erzeugen von waagerechten und/oder senkrechten Konturen kombiniert. Die Analyse kann für mehrere Bildbereiche weitesgehend parallel erfolgen, was zu einer kürzeren Rechenzeit führt.The selection of the partial region can take place only in the optimal contour images BKn * and BKn + 1 *, but it can also already take place in the resulting contour image K or in the contour images BK generated by different methods. Preferably, the choice of partial area is combined with the generation of horizontal and / or vertical contours. The analysis can be done largely parallel for several image areas, resulting in a shorter computing time.
Eine weitere Möglichkeit der Beschleunigung ergibt sich, wenn die Abstände der zu den Laufindizes k gehörigen Werte in einem ersten Durchlauf grob gewählt werden. Dann kann, um einen gewünschten Wertebereich abzudecken, die Anzahl der Laufindizes klein gewählt werden. Um die, zu dem im ersten Durchlauf bestimmten, optimalen Laufindex kopt1 gehörigen Werten wird nun in einem zweiten Schritt eine feinere Auflösung der zu den Laufindizes gehörigen Werte gewählt. Hierbei kann die Anzahl der Laufindizes erhöht werden oder gleich bleiben.A another possibility The acceleration results when the distances to the run indices k belong Values are roughly selected in a first pass. Then one can desired Range of values, the number of run indices is chosen to be small. At the optimal run index kopt1 determined at the first pass related Values will now in a second step, a finer resolution of belonging to the run indexes Values selected. Here, the number of run indexes can be increased or remain the same.
Eine weitere Möglichkeit der Beschleunigung ergibt sich, wenn in einem ersten Durchlauf nur bestimmte Laufindizes, beispielsweise jeder zweite, und die zu diesen Laufindizes gehörigen Werte ausgewählt werden. Analog kann dann um die zu dem im ersten Durchlauf bestimmten, optimalen Laufindex kopt1 gehörigen Werten in einem zweiten Schritt eine feinere Auflösung der zu den Laufindizes gehörigen Werte gewählt werden. Hierbei kann die Anzahl der Laufindizes erhöht werden oder gleich bleiben.A another possibility the acceleration results when in a first pass only certain run indices, for example every second, and those to them Associated with run indexes Values selected become. Analog can then be determined by the one to the in the first pass, optimal run index kopt1 belonging Values in a second step a finer resolution of the values associated with the run indexes chosen become. Here, the number of run indexes can be increased or stay the same.
Vor dem zweiten Durchlauf kann getestet werden, ob schon mit Hilfe der grob gewählten Auflösung ein Optimum bestimmt werden konnte. Bei einer Konturverschiebung wird beispielsweise eine von der im ersten Durchlauf ermittelten Konturverschiebung um ein oder mehrere Pixel abweichende Konturverschiebung analysiert, wobei die idealerweise abweichende Konturverschiebungen in alle Richtungen analysiert werden. Wenn die Ergebnisse der Übereinstimmung mit der von der optimalen Konturverschiebung abweichenden Konturverschiebung für alle abweichende Konturverschiebungen schlechter sind als die Ergebnisse der Übereinstimmung mit der im ersten Durchlauf ermittelten optimalen Konturverschiebung, so wird der zweite Durchlauf nicht mehr durchgeführt.In front the second run can be tested, whether with the help of roughly chosen resolution an optimum could be determined. With a contour shift for example, one of the determined in the first pass Contour shift by one or more pixels deviating contour shift analyzed, with the ideally deviating contour shifts be analyzed in all directions. If the results of the match with the contour shift deviating from the optimum contour shift for all deviating contour shifts are worse than the results the match with the optimum contour shift determined in the first pass, so the second pass is no longer performed.
Eine weitere Beschleunigung ergibt sich, wenn vor der Bestimmung von Konturverschiebungen und/oder Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV die optimale Konturrotation in der senkrechten Bildebene bestimmt wird. Dafür wird, wie bereits vorgestellt, die Konturrotation ermittelt, indem Konturrotationswerte für mehrere Stereokameraebenen ermittelt werden und zum Beispiel der Mittelwert aller so ermittelten Konturrotationswerte gebildet wird. Da so die Konturrotation unabhängig von der Bestimmung von Konturverschiebungen und/oder Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV bestimmt werden kann, wird ebenfalls die multiplikative Anzahl von Gesamtvariationen aus allen Konturrotationen und Konturverschiebungen signifikant reduziert, da nur noch eine Konturrotation betrachtet werden muss.A Further acceleration results if before the determination of Contour displacements and / or contour enlargements or reductions ΔV the optimum Konturotation in the vertical image plane is determined. For that, As previously presented, the contour rotation is determined by using contour rotation values for multiple stereo camera levels be determined and, for example, the mean of all thus determined Konturrotationswerte is formed. Since the Konturrotation regardless of the determination of contour displacements and / or contour enlargements or reductions ΔV can be determined is also the multiplicative number of Overall variations from all contour notations and contour shifts Significantly reduced because only one contra-rotation is considered must become.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Separation der Bestimmung von Konturverschiebungen, Konturrotation und/oder Konturvergrößerung bzw. -verkleinerungen ΔV genutzt werden, um ein erstes Ergebnis der Konturverschiebungen, der Konturrotation und/oder der Konturvergrößerungen bzw. -verkleinerungen ΔV zu ermitteln. Danach kann noch eine gekoppelte Suche über einen eingeschränkten Suchbereich um das erste Ergebnis durchgeführt werden.In a preferred embodiment becomes the separation of the determination of contour displacements, contour rotation and / or contour enlargement or Reductions ΔV be used to obtain a first result of the contour shifts, the Konturrotation and / or the contour enlargements and reductions ΔV to determine. After that you can do a coupled search over a restricted search area performed around the first result become.
Weiterhin
kann zur Beschleunigung der Bestimmung von Konturrotation, Konturverschiebungen und/oder
Konturvergrößerungen
bzw. -verkleinerungen ΔV
eine Steuerung der Laufindizes k vorgenommen werden. Bei den einzelnen
Suchläufen
wird die Suche abgebrochen, wenn man ein deutliches Optimum erreicht
hat. Dies ist in die
Beispielsweise wird die Suche abgebrochen, wenn die Anzahl der Konturpixel, die sich für die verschiedene Zeitpunkte n und n + 1 überdecken, für Laufindizes vor dem optimalen Laufindex kopt und für Laufindizes nach dem optimalen Laufindex kopt deutlich kleiner als die Anzahl von überdeckenden Konturpixeln für den optimalen Laufindex kopt sind.For example the search is aborted when the number of contour pixels, the for covering different times n and n + 1, for run indices before the optimal running index kopt and for running indices after the optimal one Running index kopt significantly smaller than the number of overlapping contour pixels for the optimal run index kopt.
Selbstverständlich sind auch andere Verfahren zur Ermittlung von kopt vorstellbar, insbesondere eindimensionale Optimierungsverfahren wie zum Beispiel die sogenannte Golden-Section-Methode.Of course they are Other methods for determining kopt conceivable, in particular one-dimensional Optimization methods such as the so-called Golden Section method.
Werden für die Bestimmung der Konturoperationen nicht die optimalen Konturbilder BKn* und BKn + 1* gewählt, so sind vorzugsweise Konturbilder BKn und BKn + 1 zu wählen, die aus korrespondierenden Stereokameraebenen SKEn und SKEn + 1 erzeugt wurden.Become for the Determining the contour operations not the optimal contour images BKn * and BKn + 1 * are selected, so preferably contour images BKn and BKn + 1 are to be selected, the from corresponding stereo camera levels SKEn and SKEn + 1 generated were.
Die Laufindizes k, k1, k2 können im Rahmen der jeweiligen Übereinstimmungsanalysen über ein gleich großes oder unterschiedlich großes Intervall laufen.The Running indices k, k1, k2 can in the context of the respective conformity analyzes over an equal great or different size Interval run.
Selbstverständlich ist das Verfahren nicht nur für Graustufenbilder anwendbar. Möglich ist insbesondere auch eine Nutzung des Verfahrens für Farbbilder, beispielsweise RGB-Bilder.Of course it is the procedure not only for Grayscale images applicable. Possible is in particular a use of the method for color images, for example, RGB images.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009015500A DE102009015500B4 (en) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | Method and device for determining a change in position of an object by means of a stereo camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009015500A DE102009015500B4 (en) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | Method and device for determining a change in position of an object by means of a stereo camera |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009015500A1 DE102009015500A1 (en) | 2010-10-07 |
DE102009015500B4 true DE102009015500B4 (en) | 2011-01-20 |
Family
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102009015500A Expired - Fee Related DE102009015500B4 (en) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | Method and device for determining a change in position of an object by means of a stereo camera |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009015500B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210350142A1 (en) * | 2018-09-17 | 2021-11-11 | Beijing Sankuai Online Technology Co., Ltd. | In-train positioning and indoor positioning |
-
2009
- 2009-04-02 DE DE102009015500A patent/DE102009015500B4/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210350142A1 (en) * | 2018-09-17 | 2021-11-11 | Beijing Sankuai Online Technology Co., Ltd. | In-train positioning and indoor positioning |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009015500A1 (en) | 2010-10-07 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110420 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |