-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren und/oder Einstellen von Hochgeschwindigkeitskameras für Crashversuche an Kraftfahrzeugen, wobei die Hochgeschwindigkeitskameras in bestimmten Positionen und Winkellagen angeordnet werden, um eine Gesamtfahrzeugbewegungs- und Deformationsanalyse zu ermöglichen.
-
Bei Crashversuchen werden zum Beispiel um die zwölf Hochgeschwindigkeitskameras im und um das Fahrzeug herum aufgebaut, um den Aufprallvorgang exakt und in allen Einzelheiten hinterher analysieren zu können. Dabei werden die Hochgeschwindigkeitskameras zum Beispiel mit Hilfe eines Einstellfahrzeugs genauso eingestellt, dass das Fahrzeug beziehungsweise ein Fahrzeugbereich, das beziehungsweise der mit einer Geschwindigkeit von bis zu 80 km pro Stunde an den Hochgeschwindigkeitskameras vorbeifährt und nahezu gleichzeitig aufprallt, genau nach den Vorstellungen eines Versuchsingenieurs filmtechnisch getroffen wird.
-
Aus der
DE 10 2007 021 106 A1 ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Kamerasystems bekannt, bei dem das Kamerasystem in einer Kalibrierposition angeordnet wird und eine Kalibriertafel projiziert wird. Nachfolgend wird das Kamerasystem mit einem vorbestimmten Algorithmus kalibriert.
-
Die
DE 195 17 032 B4 beschreibt ein Verfahren zur Lokalisierung von Punkten eines bewegten Objektes in einer Videobildsequenz. Dabei wird eine vorhergesagte Position eines Objektpunktes mit einer tatsächlich gemessenen Position verglichen.
-
WO 2007145931 A2 offenbart ein Verfahren zur Schätzung der Schwere des Aufpralls mit Hilfe von photogrammetrischen Daten.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, das Positionieren und/oder Einstellen von Hochgeschwindigkeitskameras für Crashversuche an Kraftfahrzeugen zu vereinfachen.
-
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Positionieren und/oder Einstellen von Hochgeschwindigkeitskameras für Crashversuche an Kraftfahrzeugen, wobei die Hochgeschwindigkeitskameras in bestimmten Positionen und Winkellagen angeordnet werden, um eine Gesamtfahrzeugbewegungs- und Deformationsanalyse zu ermöglichen, dadurch gelöst, dass die Positionen, Winkellagen und/oder Brennweiten der Hochgeschwindigkeitskameras mit Hilfe von photogrammetrischen Orientierungsdaten aus einer Datenbank oder einem CAD-System berechnet und mit photogrammetrischen Mitteln automatisch und reproduzierbar positioniert und/oder eingestellt werden. CAD ist die Abkürzung für die englischen Begriffe Computer-Aided-Design und bedeutet rechnerunterstützter Entwurf. Mit Hilfe von CAD-Systemen können technische Produkte mit geeigneten Computern und Programmen entworfen und konstruiert werden. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden der manuelle Aufwand beim Positionieren der Hochgeschwindigkeitskameras und beim Einstellen eines zu untersuchenden Bildausschnitts deutlich reduziert. Durch die Verwendung der photogrammetrischen Orientierungsdaten kann das Positionieren der Hochgeschwindigkeitskameras und das Einstellen des Bildausschnitts vollautomatisch erfolgen. Die Erfindung betrifft insbesondere die außerhalb des Kraftfahrzeugs angeordneten Hochgeschwindigkeitskameras. Die Photogrammetrie umfasst eine Gruppe von Messmethoden und Auswerteverfahren. Dabei werden aus Photographien und genauen Messbildern eines Objekts seine räumliche Lage bestimmt.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Hochgeschwindigkeitskameras durch photogrammetrische Parameter beschrieben werden. Diese Parameter werden auch als äußere photogrammetrische Orientierungsparameter bezeichnet.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Kalibrierung innere Orientierungsparameter der Hochgeschwindigkeitskameras ermittelt werden. Die inneren Orientierungsparameter umfassen zum Beispiel die Blendeneinstellungen der Hochgeschwindigkeitskameras.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochgeschwindigkeitskameras in Bezug auf eine Crashversuchsanlage und/oder einen Crashversuchsraum ausgerichtet werden. Die Kameraposition muss im Crashversuch auf das zu untersuchende Kraftfahrzeug orientiert sein. Dabei muss das Kraftfahrzeug exakt eine bestimmte Versuchsanordnung einnehmen. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden die Hochgeschwindigkeitskameras nicht auf das Kraftfahrzeug, sondern in Bezug auf die Crashversuchsanlage und/oder den Crashversuchsraum ausgerichtet.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Orientierungsparameter der Hochgeschwindigkeitskameras mit einem bestimmten Kraftfahrzeug ermittelt und in einer Datenbank gespeichert werden. Dabei kann es sich sowohl um innere als auch um äußere Orientierungsparameter handeln. Die Orientierungsparameter werden zum Beispiel für unterschiedliche Versuchsarten mit unterschiedlichen Fahrzeugmodellen mindestens einmal durchgeführt. Die ermittelten und gespeicherten Orientierungsparameter können dann für nachfolgende gleichartige Versuche und Fahrzeugmodelle immer wieder verwendet werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Crashanlage mit ihren vielen Versuchskonstellationen und Fahrzeugmodellen in einem CAD-System abgebildet wird. Die Crashanlage umfasst zum Beispiel einen Crashblock und unterschiedliche Aufprallobjekte. Mit Hilfe der CAD-Daten des zu untersuchenden Kraftfahrzeugs wird dieses in einen virtuellen Versuchsraum gestellt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Fenster um einen zu beobachtenden Bildausschnitt gelegt und mit Hilfe des CAD-Systems die Positionen, Winkellagen und/oder Brennweiten der Hochgeschwindigkeitskameras berechnet werden. Auf umgekehrtem Weg kann man die Objektivbrennweite vorgeben, voraus dann die Aufnahmeposition, die Kamerawinkel sowie die Größe des Bildausschnitts errechnet werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochgeschwindigkeitskameras über ein Passpunktfeld mit Hilfe einer angeflanschten Hilfsorientierungskamera und einer Positioniermechanik positioniert werden. Die Hilfsorientierungskamera wird auch als Messkamera bezeichnet und dient dazu, die zum Beispiel mit Hilfe der virtuellen Versuchsanlage gewonnenen Werte auf eine reale Versuchsanlage zu übertragen. Dabei wird die Messkamera oder Hilfsorientierungskamera in die im Vorversuch oder im CAD-System ermittelte Ausrichtung gebracht. Dies geschieht, indem Passpunkte um das Versuchsfeld herum in dem Versuchsraum angebracht werden. Diese Passpunkte werden mit einem Photogrammetriesystem hoch genau eingemessen.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hilfsorientierungskamera in einer definierten Zuordnung an mindestens einer der Hochgeschwindigkeitskameras angebracht wird. Mit der Hilfsorientierungskamera werden die vorzugsweise markierten beziehungsweise codierten Passpunkte erfasst und durch ein entsprechendes Softwareprogramm identifiziert.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mit der Hilfsorientierungskamera in einem geeigneten Takt ein Lagebild aufgenommen wird, die Lage der Hilfsorientierungskamera aus Passpunkten in dem aufgenommenen Lagebild berechnet und auf das Koordinatensystem der zugehörigen Hochgeschwindigkeitskamera transformiert wird. Anschließend wird die tatsächliche Lage der Hochgeschwindigkeitskamera mit einer gewünschten Ziellage verglichen.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochgeschwindigkeitskamera in allen notwendigen Freiheitsgraden um einen Schritt umpositioniert wird, wenn die tatsächliche Lage von der gewünschten Ziellage abweicht. Dieser Vorgang ist in weiteren Schleifen so oft zu wiederholen, bis der Positionsrestfehler auf ein akzeptables Maß reduziert ist.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hochgeschwindigkeitskameras etwa orthogonal auf eine Fahrzeugbewegungsachse ausgerichtet werden. Im Hintergrund befindet sich bei dieser Ausrichtung zum Beispiel eine Lichtanlage. Hier können keine Passpunkte angebracht werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem Aufprallblock und/oder um einen Aufprallblock herum Marken angebracht werden. Die Marken werden vorzugsweise rechtwinklig zur optischen Achse der Hochgeschwindigkeitskameras angebracht. Die Marken können zum Beispiel an unverrückbaren Anlageteilen aufgeklebt und eingemessen werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blendeneinstellung der Hochgeschwindigkeitskameras mit Werten aus einer Versuchsdatenbank automatisch durchgeführt wird. Vorzugsweise umfasst die Blendeneinstellung der Hochgeschwindigkeitskameras eine rechnergesteuerte Korrekturmöglichkeit.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivbrennweite der Hochgeschwindigkeitskameras durch Kalibrierung exakt bestimmt wird. Die bestimmte Objektivbrennweite wird in einem entsprechenden Parametersatz abgespeichert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
-
In der einzigen beiliegenden 1 ist die Abbildung von drei Punkten in Orientierungs- und Hochgeschwindigkeitskameras dargestellt.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die notwendige Position einer Hochgeschwindigkeitskamera eindeutig durch photogrammetrische Parameter beschrieben werden. Dies sind die äußeren photogrammetrischen Orientierungsparameter. Die Kameraposition muss in Bezug auf ein zu untersuchendes Kraftfahrzeug orientiert sein. Zwischen dem Bezug der Kamera auf das Kraftfahrzeug und dem Bezug der Kamera auf ein Aufprallobjekt besteht im Rahmen von zulässigen Toleranzen kein Unterschied. Man kann also die Kamera anstelle auf das Testfahrzeug auch in Bezug auf die Testanordnung beziehungsweise den Versuchsraum ausrichten beziehungsweise photogrammetrisch orientieren.
-
Wenn in einem Kamerabild zumindest drei Punkte abgebildet sind, deren räumliche Koordinaten bekannt sind, dann kann man alle äußeren Kameraparameter, das heißt drei Koordinatenwerte und drei Winkel, berechnen. Man muss zusätzlich die so genannten inneren Parameter der Kamera kennen. Diese erhält man durch eine Kalibrierung.
-
Die für einen bestimmten Bildausschnitt bei einer bestimmten Aufprallart für ein bestimmtes Fahrzeugmodell erforderlichen Orientierungsparameter kann man auf zwei verschiedenen Wegen erhalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel merkt man sich die Kameraorientierungsparameter bei einer Versuchsart mit einem definierten Fahrzeugmodell und legt sie zum Beispiel in einer Datenbank ab. Wenn man alle vorkommenden Versuchsarten mit allen zu prüfenden Fahrzeugmodellen mindestens einmal durchgeführt hat, dann sind die Orientierungsparameter registriert und können für den nächsten gleichartigen Versuch wieder verwendet werden.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel bildet man die Crashanlage mit Crashblock und mit unterschiedlichen Aufprallobjekten in einem CAD-System ab und stellt ein Fahrzeug in den virtuellen Versuchsraum. Man legt ein Fenster um den Bildausschnitt, den man beim Versuch beobachten möchte. Mit dem CAD-System werden die hierzu erforderliche Position und die erforderlichen Aufnahmerichtungen und -winkel der Aufnahmekamera errechnet. Die erforderliche Brennweite wird ebenso errechnet. Auf umgekehrtem Wege kann man die Objektivbrennweite vorgeben, woraus dann die Aufnahmeposition, die Kamerawinkel sowie die Größe des Bildausschnitts errechnet werden. Bei dieser Variante wird der gesamte Versuchsaufbau virtuell dargestellt und die notwendigen Kameraparameter, abgesehen von dem Blendenwert, berechnet.
-
Nach diesen beiden alternativ durchführbaren Ausführungsbeispielen, müssen die gewonnenen Werte auf die reale Versuchsanlage übertragen werden. Dies geschieht nach folgender Prozedur. Die Messkamera oder Hilfsorientierungskamera muss in die im Vorversuch oder CAD-System ermittelte Ausrichtung gebracht werden. Dies geschieht, indem Passpunkte um das Versuchsfeld herum in einem Versuchsraum angebracht werden. Die Passpunkte werden hochgenau mit einem Photogrammetriesystem eingemessen.
-
Aus Redundanzgründen werden pro Kameraposition vorzugsweise nicht nur drei, sondern circa fünf bis sieben Punkte eingemessen. Die eingemessenen Punkte werden eindeutig von der Orientierungskamera erfasst und durch eine entsprechende Software identifiziert.
-
Zur maximalen Eindeutigkeit und sicheren Identifikation werden codierte Marken, das heißt Punktmarken mit einem Codering am Umfang, verwendet.
-
Die Hilfsorientierungskamera oder Messkamera wird vorzugsweise an einer zugehörigen Hochgeschwindigkeitskamera angeflanscht, wobei die optischen Achsen um einen geeigneten Winkel zueinander verdreht sind. Die Orientierungskamera muss eine kurze Brennweite haben, damit ein genügend großer Objektraum genutzt werden kann. Somit lassen sich Passpunkte großzügig im Raum verteilen. Die Kameraauflösung muss hoch genug sein, um die Marken auch bei einem großen Öffnungswinkel mit ausreichender Genauigkeit erfassen zu können, ohne dass diese extrem groß ausgebildet werden müssen.
-
Da über die Orientierungskamera mit ihrem kurz brennweitigen Objektiv und den Passpunkten die äußere Orientierung eingestellt wird, zur Lagereproduktion und zur 3D-Erfassung einer schnellen Fahrzeugbewegung aber die Orientierung der Hochgeschwindigkeitskamera benötigt wird, muss die Orientierung dieser beiden Kameras zueinander bekannt sein. Die Zuordnung der beiden Kameras wird durch eine Kalibrierung erfasst und in einem entsprechenden Parametersatz abgespeichert. Diesen erhält man, indem man das zusammenmontierte Kamerapaar einer Kalibrierung unterzieht. Nach der Kalibrierung dürfen die beiden Kameras nicht mehr voneinander getrennt werden.
-
Mit dem gewonnenen Parametersatz wird, von der Lage der Orientierungskamera ausgehend, auf die Lage der zweiten Kamera, das heißt der zugehörigen Hochgeschwindigkeitskamera, umgerechnet. Durch diese Methode lässt sich mit bekannten photogrammetrischen Mitteln die Lage der Hochgeschwindigkeitskamera reproduzierbar einstellen. Erweitert man die reproduzierbare Lageeinstellung einer Einzelkamera auf eine zweite Kamera, beziehungsweise auf ein Stereopaar, dann hat man die Grundlage einer dreidimensionalen Bewegungsanalyse geschaffen.
-
Wenn die Lage beider Kameras durch Bildpunktmessung und Koordinatentransformation ermittelt worden ist, werden durch einen elektrisch angetriebenen Schwenk-Neige-Rotationskopf die gewünschten Winkellagen und durch eine dreiachsige Linearverstelleinheit die Positionen in den X, Y, Z-Richtungen eingestellt, wie in 1 angedeutet ist. In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 die optische Achse der Orientierungskamera bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 2 ist die optische Achse der zugehörigen Hochgeschwindigkeitskamera bezeichnet. Mit 3 ist die Bildebene der Hochgeschwindigkeitskamera bezeichnet. Mit 4 ist die Bildebene der Orientierungskamera bezeichnet.
-
In einem geeigneten Takt muss durch die Orientierungskamera ein Lagebild aufgenommen werden, die Lage aus den Passpunkten im Bild errechnet und auf das Koordinatensystem der Hochgeschwindigkeitskamera transformiert werden. Die tatsächliche Lage wird mit der gewünschten Ziellage verglichen. Liegt eine Differenz vor, muss die Kamera um einen Schritt in allen notwendigen Freiheitsgraden umpositioniert werden. Dieser Vorgang ist in weiteren Schleifen so oft zu wiederholen, bis der Positionsrestfehler auf ein akzeptables Maß reduziert ist.
-
Neben den Kameraanlageparametern sind auch die Brennweite, die Bildschärfe, also der Abstand zwischen Kamera und Objekt, und die Blende weitere Kriterien für eine erfolgreiche Hochgeschwindigkeitsaufnahme. Bei Messkameras oder Orientierungskameras werden Objektive mit Festbrennweiten verwendet. Ein auf einem Objektivring eingravierter ungenauer Wert wird durch eine Kalibrierung exakt bestimmt. Wenn dieselbe Kamera ausschließlich für die gleiche Position und denselben Ausschnitt verwendet wird, kann der Entfernungseinstellring fixiert werden. Der Blendenwert bei derselben Kamera mit Objektiv kann aufgrund der Fahrzeugfarbe von Fall zu Fall unterschiedlich sein.
