DE102010042733A1

DE102010042733A1 - Capture and display of textured three-dimensional geometries

Info

Publication number: DE102010042733A1
Application number: DE201010042733
Authority: DE
Inventors: Benjamin Visel; Sebastian Jackisch; Alexander Fietz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-04-26
Also published as: WO2012052244A2; WO2012052244A3

Abstract

Es wird ein Messsystem (1) und ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung von texturierten drei-dimensionalen Raumgeometrien vorgestellt. Das Messsystem (1) weist ein Abstandsmessgerät (3) auf, welches um eine vertikale Achse (5) und um eine horizontale Achse (7) schwenkbar gelagert ist. Das Abstandsmessgerät (3) ist ausgestaltet, einen Abstandsdatensatz für die Rekonstruktion eines drei-dimensionalen Raummodells (11) zu generieren. Das Messsystem (1) weist ferner eine Kamera (9) auf, die auf einem schwenkbaren Teil des Abstandsmessgeräts (3) installiert ist. Dabei ist die Kamera (9) ausgestaltet, Bildaufnahmen (35) zu generieren, mit denen das dreidimensionale Raummodell (11) texturierbar ist.A measuring system (1) and a corresponding method for capturing textured three-dimensional spatial geometries are presented. The measuring system (1) has a distance measuring device (3) which is mounted pivotably about a vertical axis (5) and about a horizontal axis (7). The distance measuring device (3) is designed to generate a distance data record for the reconstruction of a three-dimensional spatial model (11). The measuring system (1) also has a camera (9) which is installed on a pivotable part of the distance measuring device (3). The camera (9) is designed to generate image recordings (35) with which the three-dimensional spatial model (11) can be textured.

Description

Stand der TechnikState of the art

Drei-dimensionale Vermessungen von Räumen sind von großem Interesse z. B. für Handwerker und Architekten, um möglichst schnell einen „Ist-Zustand” von Räumen zu erfassen und beispielsweise anstehende Arbeiten planen zu können.Three-dimensional measurements of rooms are of great interest for. As for craftsmen and architects, as quickly as possible to detect an "as-is" state of spaces and to be able to plan, for example, upcoming work.

Zur Vermessung eines Raumes können Einzelansichten, z. B. Fotos, des Raumes aufgenommen werden, aus denen eine drei-dimensionale Rekonstruktion des Raumes erzeugt werden kann. Diese Vorgehensweise könnte jedoch enormen Rechenaufwand erfordern und daher Zeit- und Kosten-intensiv sein.To measure a room, individual views, z. As photos of the room are taken, from which a three-dimensional reconstruction of the room can be generated. This approach, however, could require enormous computational effort and therefore be time and cost intensive.

Ferner kann ein Raum mit Hilfe von Abstandsmessungen vermessen werden. Die aus derartigen Messungen rekonstruierten Raummodelle beinhalten jedoch lediglich wenig visuelle Information.Furthermore, a room can be measured by means of distance measurements. However, the spatial models reconstructed from such measurements involve little visual information.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es kann daher ein Bedarf an einem verbesserten Messystem und einem Verfahren bestehen, welche eine anschauliche drei-dimensionale Rekonstruktion eines Raumes ermöglichen.There may therefore be a need for an improved measurement system and method that allows a vivid three-dimensional reconstruction of a room.

Diese Aufgabe kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object can be achieved by the subject matter of the present invention according to the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.In the following, features, details and possible advantages of a device according to embodiments of the invention will be discussed in detail.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Messsystem zur Erfassung von texturierten drei-dimensionalen Raumgeometrien beschrieben. Das Messsystem weist ein Abstandsmessgerät auf, welches um eine vertikale und/oder um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist. Das Abstandsmessgerät ist ausgestaltet, einen Abstandsdatensatz aufzunehmen bzw. zu erzeugen, aus dem ein dreidimensionales Raummodell erstellt wird. Ferner weist das Messsystem eine Kamera auf, die auf dem schwenkbaren Teil des Abstandsmessgeräts fest installiert ist. Die Kamera ist dabei ausgestaltet, Bildaufnahmen zu generieren bzw. bereitzustellen, mit denen das drei-dimensionale Raummodell texturierbar ist.According to a first aspect of the present invention, a measuring system for detecting three-dimensional textured spatial geometries is described. The measuring system has a distance measuring device, which is mounted pivotably about a vertical and / or about a horizontal axis. The distance measuring device is configured to record or generate a distance data record from which a three-dimensional space model is created. Furthermore, the measuring system has a camera which is permanently installed on the pivotable part of the distance measuring device. The camera is designed to generate or provide image recordings with which the three-dimensional space model can be textured.

Anders ausgedrückt basiert die Idee der vorliegenden Erfindung darauf, ein auf Abstandsmessungen basierendes drei-dimensionales Raummodell mit Bildinformationen zu versehen. Dadurch wird eine Visualisierung für den Benutzer erleichtert. Ferner ist eine Dokumentation des zu vermessenden Objektes bzw. ein virtueller Rundgang durch den Raum ermöglicht.In other words, the idea of the present invention is based on providing a distance-based three-dimensional space model with image information. This facilitates visualization for the user. Furthermore, a documentation of the object to be measured or a virtual tour of the room is possible.

Das Abstandsmessgerät kann beispielsweise ein berührungsfreies Messgerät zur Abstandsmessung sein. Beispielsweise kann das Abstandsmessgerät ein Laser-, Radar-, Mikrowellen- oder Ultra-Breitband-Entfernungsmesser sein.The distance measuring device can be, for example, a non-contact measuring device for distance measurement. For example, the distance measuring device may be a laser, radar, microwave or ultra-wideband rangefinder.

Das Abstandsmessgerät ist um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert. Die vertikale Achse kann eine Hochachse beispielsweise eine zum Boden des Raumes oder zur unteren Fläche des Gehäuses des Abstandsmessgerätes senkrechte Achse sein. Die horizontale Achse kann eine zum Boden des Raumes bzw. zur Unterseite des Gerätgehäuses parallele Achse sein. Die horizontale Achse kann senkrecht auf der vertikalen Achse stehen. Zusätzlich kann das Abstandsmessgerät höhenverstellbar ausgestaltet sein. Die schwenkbare Lagerung um eine horizontale Achse dient einer Abstandsmessung zwischen dem Gerät und einer Boden- und/oder einer Deckenebene. Mittels trigonometrischer Funktionen kann eine Höhe des Abstandsmessgeräts und/oder die Winkellage des Messgeräts in Bezug auf die Boden- bzw. Deckenebene ermittelt werden.The distance measuring device is pivotally mounted about a vertical axis. The vertical axis may be a vertical axis, for example, an axis perpendicular to the floor of the room or to the lower surface of the housing of the distance measuring device. The horizontal axis may be an axis parallel to the bottom of the room or to the underside of the appliance housing. The horizontal axis can be perpendicular to the vertical axis. In addition, the distance measuring device can be designed height adjustable. The pivotable mounting about a horizontal axis is used for a distance measurement between the device and a floor and / or a ceiling plane. By means of trigonometric functions, a height of the distance measuring device and / or the angular position of the measuring device with respect to the floor or ceiling plane can be determined.

Die schwenkbare Lagerung des Abstandsmessgeräts um eine horizontale Achse kann ein Schwenken des gesamten Abstandsmessgeräts umfassen. Alternativ kann sie lediglich ein Schwenken des Messstrahls des Abstandsmessgeräts umfassen. Beispielsweise kann ein Ablenkspiegel an dem Abstandsmessgerät vorgesehen sein, der in den Messstrahl des Abstandsmessgeräts beispielsweise elektrisch gefahren werden kann, so dass eine Boden- bzw. Deckenebene des Raumes erfasst werden kann.The pivotable mounting of the distance measuring device about a horizontal axis may include pivoting the entire distance measuring device. Alternatively, it may merely comprise pivoting the measuring beam of the distance measuring device. For example, a deflection mirror may be provided on the distance measuring device, which may for example be electrically driven into the measuring beam of the distance measuring device, so that a floor or ceiling plane of the space can be detected.

Das Abstandsmessgerät nimmt bei der Schwenkung um die vertikale Achse den Abstand zu mehreren Punkten im Raum in einer Ebene auf. Die Punkte liegen dabei beispielsweise auf den Wänden des Raumes. Benachbarte Raumpunkte, die in einer Ebene liegen, werden virtuell mit einer Linie verbunden. Die verbundenen Punkte bilden ein Modellelement des Raummodells. Sind alle Punkte einer Ebene miteinander verbunden, so entsteht ein Profilschnitt des Raumes. Gleichzeitig mit den Abständen zu den einzelnen Punkten kann eine Winkelposition des Abstandsmessgeräts erfasst werden.The distance measuring device takes on the pivoting about the vertical axis the distance to several points in space in a plane. The points are, for example, on the walls of the room. Neighboring space points lying in a plane are virtually linked to a line. The connected points form a model element of the spatial model. If all points of a plane are connected, a profile section of the space is created. Simultaneously with the distances to the individual points, an angular position of the distance measuring device can be detected.

Durch zusätzliche Messung des Abstands zu der Boden- und/oder Deckenebene kann der Raum rekonstruiert werden. Beispielsweise können die Wände als senkrecht zur Bodenebene angenommen werden und der errechnete Profilschnitt bis zur Boden- und Deckenebene extrapoliert werden. Ein solches Raummodell kann als 2,5-dimensionales bzw. pseudodrei-dimensionales Raummodell bezeichnet werden. Alternativ kann ein solches Raummodell, durch Nutzung von Bildinformationen aus den Bildaufnahmen der Kamera zur Bestimmung der Raumhöhe bzw. Raumhöhen erzeugt werden. In Innenraumumgebungen können senkrechte Wände dominieren, die im 90° Winkel durch die Decken- und Bodenebene abgegrenzt werden. Mit Bildverarbeitungsverfahren zur Extraktion von Bildkanten, lassen sich horizontale und vertikale Wandabgrenzungen ermitteln. Durch eine Verknüpfung der Bilddaten mit den Distanzmessungen lassen sich somit die räumliche Lage der Kanten bzw. der Wände ermitteln. Bei dieser Vorgehensweise kann auf Distanzmessungen zur Decken- und Bodenebene verzichtet werden.By additional measurement of the distance to the floor and / or ceiling plane of the room can be reconstructed. For example, the walls can be considered perpendicular to the ground level are accepted and the calculated profile section are extrapolated to the floor and ceiling level. Such a space model can be called a 2.5-dimensional or pseudo-three-dimensional space model. Alternatively, such a spatial model can be generated by using image information from the image recordings of the camera for determining the room height or heights. In interior environments, vertical walls can dominate, which are delimited at 90 ° by the ceiling and floor levels. With image processing techniques for extracting image edges, horizontal and vertical wall boundaries can be determined. By linking the image data with the distance measurements, the spatial position of the edges or the walls can thus be determined. In this procedure, distance measurements to the ceiling and floor level can be dispensed with.

Alternativ können Profilschnitte des Raumes in unterschiedlichen Höhen mittels Höhenverstellung des Abstandsmessgeräts aufgenommen werden. Das Raummodell wird umso genauer, je mehr Messpunkte erfasst werden. Bei mehreren berechneten Profilschnitten kann ein drei-dimensionales Raummodell erstellt werden. Das Abstandsmessgerät kann beispielsweise als ein Ebenenscanner, insbesondere ein Laserscanner ausgestaltet sein.Alternatively, profile sections of the room can be taken at different heights by means of height adjustment of the distance measuring device. The space model becomes more accurate as more measurement points are acquired. With several calculated profile sections, a three-dimensional space model can be created. The distance measuring device can be designed, for example, as a plane scanner, in particular a laser scanner.

Auf dem schwenkbaren bzw. rotierenden Teil des Abstandsmessgeräts, beispielsweise auf dem Gehäuse, ist eine Kamera installiert. Die Kamera kann fest mit dem Gehäuse bzw. mit dem Abstandsmessgerät verbunden sein, so dass die Orientierung der Kamera bzw. der Aufnahmen der Kamera in Bezug auf das Abstandsmessgerät definiert ist. Beispielsweise kann die Orientierung der Kamera in Bezug auf das Abstandsmessgerät durch eine einmalige Kalibrierung vor der ersten Benutzung festgestellt und bei der Auswertung berücksichtigt werden.On the pivotable or rotating part of the distance measuring device, for example on the housing, a camera is installed. The camera can be fixedly connected to the housing or to the distance measuring device, so that the orientation of the camera or the recordings of the camera with respect to the distance measuring device is defined. For example, the orientation of the camera with respect to the distance measuring device can be determined by a one-time calibration before the first use and taken into account in the evaluation.

Die Kamera kann beispielsweise digitale Bilder erzeugen, die zur automatischen Texturierung des drei-dimensionalen Raummodells verwendet werden.For example, the camera may generate digital images that are used to automatically texture the three-dimensional space model.

Die Texturierung kann das Erscheinungsbild des drei-dimensionalen Modells, was zunächst als Wire-Frame-Modell erstellt wird, verändern und detailreicher machen, wobei jedoch die Geometrie des Modells nicht verändert wird. Das Raummodel wird durch die Texturierung mit Bildinformationen versehen. Z. B. kann Texturieren das Ummanteln der Raummodeloberflächen mit Bildaufnahmen oder das Projizieren der Bildaufnahmen auf die Modeloberflächen. Die Projektion kann hierbei als Zentralprojektion (im Gegensatz zur perspektivischen Projektion) vorgenommen werden.Texturing can change the appearance of the three-dimensional model, which is initially created as a wire-frame model, and make it more detailed, but without changing the geometry of the model. The spatial model is provided with image information by the texturing. For example, texturing may involve sheathing the room model surfaces with images or projecting the images onto the model surfaces. The projection can be made here as a central projection (in contrast to the perspective projection).

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, die Bilddaten für die Texturierung zu erzeugen: Beispielsweise können vor, während oder nach einem Raumscan mittels des Abstandsmessgeräts zufällige Bildaufnahmen oder Bildaufnahmen in einem vorbestimmten Winkelabstand mit Hilfe der Kamera aufgenommen werden. Anschließend werden bei oder nach der Erstellung des drei-dimensionalen Raummodells geeignete Bilder, die beispielsweise senkrecht zu den einzelnen Modellelementen aufgenommen sind, ausgewählt. Alternativ kann zunächst ein Abstandsscan durchgeführt werden und anschließend eine Rekonstruktion des drei-dimensionalen Raummodells durchgeführt werden. Daraus können geeignete Aufnahmepositionen für die Bildaufnahmen der Kamera bestimmt werden. Anhand der bestimmten Positionen werden anschließend Kamerabilder aufgenommen und mit dem drei-dimensionalen Raummodell verknüpft.There are different ways to generate the image data for the texturing: For example, before, during or after a space scan by means of the distance measuring device, random image recordings or image recordings are taken at a predetermined angular distance with the aid of the camera. Subsequently, during or after the creation of the three-dimensional spatial model, suitable images, which are recorded, for example, perpendicular to the individual model elements, are selected. Alternatively, first a distance scan can be performed and then a reconstruction of the three-dimensional space model can be carried out. From this, suitable recording positions for the image recordings of the camera can be determined. Based on the specific positions camera images are then recorded and linked to the three-dimensional space model.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Messsystem eine Orientierungsbestimmungsvorrichtung auf. Die Orientierungsbestimmungsvorrichtung kann beispielweise eine Winkelerfassungseinheit sein. Die Orientierungsbestimmungsvorrichtung ist ausgestaltet, eine Orientierung der Bilder in Bezug auf den Abstandsdatensatz zu bestimmen. Dank der Befestigung der Kamera auf dem Abstandsmessgerät ist die Orientierung zwischen der Kamera und dem Abstandsmessgerät bekannt. Daher kann es ausreichen, für jede Bildaufnahme eine X- und Y-Koordinate des Gerätestandorts im drei-dimensionalen Raummodell, die jeweilige Gerätehöhe Z sowie den entsprechenden Richtungswinkeln (φ) zu erfassen und gegebenenfalls zu speichern, um die Orientierung (X, Y, Z, ω, φ, κ) im Koordinatensystem des drei-dimensionalen Raummodells zu bestimmen. Hierzu können die Orientierungsdaten durch die Orientierungsbestimmungsvorrichtung erfasst und gegebenenfalls gespeichert werden. Diese Daten (X, Y, Z, φ) können zu jeder einzelnen Bildaufnahme erfasst werden.According to an exemplary embodiment of the invention, the measuring system has an orientation determination device. The orientation determination device may be, for example, an angle detection unit. The orientation determining device is configured to determine an orientation of the images with respect to the distance data set. Thanks to the mounting of the camera on the distance measuring device, the orientation between the camera and the distance measuring device is known. Therefore, it may be sufficient for each image acquisition X and Y coordinate of the device location in the three-dimensional space model, the respective device height Z and the corresponding direction angles (φ) to capture and optionally store to the orientation (X, Y, Z , ω, φ, κ) in the coordinate system of the three-dimensional space model. For this purpose, the orientation data can be detected by the orientation determination device and optionally stored. These data (X, Y, Z, φ) can be acquired for each individual image acquisition.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Messsystem eine Ansteuerungsvorrichtung auf. Die Ansteuerungsvorrichtung kann beispielsweise drahtlos über Infrarot, Bluetooth und/oder Wireless LAN verbunden sein oder direkt an der Kamera angeordnet sein. Die Ansteuerungsvorrichtung löst die Kamera in vordefinierten Winkelpositionen aus. Die vordefinierten Winkelpositionen können beispielsweise vom Benutzer vordefinierte Winkelpositionen wie zum Beispiel jeweils alle 15°, 10°, 5° oder 3° sein. Alternativ können die vordefinierten Winkelpositionen automatisch basierend auf dem drei-dimensionalen Raummodell aus dem Abstandsdatensatz berechnet werden.According to a further exemplary embodiment of the invention, the measuring system has a drive device. The control device can for example be wirelessly connected via infrared, Bluetooth and / or wireless LAN or be arranged directly on the camera. The driving device triggers the camera in predefined angular positions. For example, the predefined angular positions may be user-defined angular positions, such as every 15 °, 10 °, 5 °, or 3 °, for example. Alternatively, the predefined angular positions may be calculated automatically based on the three-dimensional space model from the distance data set.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Messsystem eine Bildauswahlvorrichtung auf, die ausgestaltet ist, automatisch zu einem Modellelement des drei-dimensionalen Raummodells eine korrespondierende Aufnahme aus dem Bilddatensatz auszuwählen. Automatisch kann dabei bedeuten, dass die Auswahl ohne die Notwendigkeit eines Zutuns eines Benutzers geschieht.According to a further embodiment of the invention, the measuring system has a An image selection device configured to automatically select a corresponding one of the image data set from a model element of the three-dimensional spatial model. Automatic can mean that the selection is done without the need for user intervention.

Die Bildauswahlvorrichtung kann beispielsweise drahtlos mit dem System verbunden sein. Der Abstandsdatensatz und die Bildnahmen können beispielsweise mit Hilfe einer Schnittstelle an die Bildauswahlvorrichtung übertragen werden. Aus den Abstandsmessungen kann bekannt sein, welche Modellelemente von welchen Messsystempositionen aus sichtbar sind. Die Aufnahme wird also aus der Menge der Aufnahmen, die von diesen Messpositionen aus gemacht wurden, ausgewählt. Vorzugsweise werden Aufnahmen aus dem Bilddatensatz ausgewählt, die das entsprechende Modellelement vollständig abbilden. Dabei kann für jede Messposition des Abstandsmessgeräts aufgrund der bekannten Orientierung der Kamera überprüft werden, in welchen Aufnahmen das Modellelement vollständig abgebildet ist. Eine korrespondierende Aufnahme bildet also vorzugsweise ein komplettes Modellelement ab, und ist beispielsweise ferner senkrecht zum Modellelement aufgenommen. Anders ausgedrückt können also die Bildaufnahmen der Kamera mit den Abstandsmessungen synchronisiert sein.For example, the image selection device may be wirelessly connected to the system. The distance data set and the image recordings can be transmitted to the image selection device, for example, by means of an interface. From the distance measurements it can be known which model elements are visible from which measuring system positions. The recording is thus selected from the number of recordings made from these measurement positions. Preferably, images are selected from the image data set that completely map the corresponding model element. It can be checked for each measurement position of the distance measuring device due to the known orientation of the camera, in which shots the model element is completely displayed. A corresponding receptacle thus preferably forms a complete model element and, for example, is also received perpendicular to the model element. In other words, therefore, the image recordings of the camera can be synchronized with the distance measurements.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Messsystem eine Schnittstelle auf, die den Abstandsdatensatz und die Bildaufnahme an eine Datenverarbeitungsvorrichtung übertragen kann. Die Schnittstelle kann beispielsweise die Datensätze an eine Computereinheit bzw. an ein Anzeigegerät beispielsweise drahtlos weiterleiten.According to a further exemplary embodiment of the invention, the measuring system has an interface which can transmit the distance data record and the image recording to a data processing device. The interface can, for example, forward the data records wirelessly to a computer unit or to a display device, for example.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung und Darstellung von texturierten drei-dimensionalen Raumgeometrien mit einem oben dargestellten Messsystem beschrieben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Aufnehmen eines Abstandsdatensatzes mittels des Abstandsmessgeräts; Aufnehmen von Bildaufnahmen mittels der Kamera; Rekonstruieren des dreidimensionalen Raummodells; Texturieren des drei-dimensionalen Raummodells mit den Bildaufnahmen. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Positionierens des Messsystems in einem zu vermessenden Raum umfassen.According to a second aspect of the present invention, a method for acquiring and displaying textured three-dimensional space geometries with a measurement system as described above is described. The method comprises the steps of: taking a distance data set by means of the distance measuring device; Taking pictures using the camera; Reconstruct the three-dimensional space model; Texturing the three-dimensional space model with the images. The method may further comprise the step of positioning the measurement system in a space to be measured.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren den folgenden Schritt auf: Auswählen von geeigneten Bildaufnahmen für die Texturierung des dreidimensionalen Raummodells. Dabei weist das drei-dimensionale Raummodell Modellelemente auf. Die Modellelemente können beispielsweise Punktwolken, Linien oder Segmente des drei-dimensionalen Raummodells sein. Vorzugsweise sind die Modellelemente Linien eines Profilschnittes. Die geeigneten Bildaufnahmen bilden ein Modellelement vollständig ab und/oder sind in einem senkrechten Winkel zum Modellelement aufgenommen.According to an embodiment of the invention, the method comprises the following step: selecting suitable image recordings for the texturing of the three-dimensional spatial model. The three-dimensional spatial model has model elements. The model elements can be, for example, point clouds, lines or segments of the three-dimensional spatial model. Preferably, the model elements are lines of a profile section. The appropriate images form a model element completely off and / or are taken at a vertical angle to the model element.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammelement beschrieben, das ausgestaltet ist, das oben beschriebene Verfahren auszuführen, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird.According to a third aspect of the invention, there is described a computer program element configured to execute the above-described method when executed on a processor.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Medium beschrieben, in dem das oben dargestellte Programmelement gespeichert ist.According to a fourth aspect of the present invention, a computer-readable medium is described, in which the program element shown above is stored.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which are not to be construed as limiting the invention with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Messsystems im zu vermessenden Raum gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 1 shows a perspective view of the measuring system in the space to be measured according to an embodiment of the invention

2 zeigt einen Ausschnitt eines Profilschnittes des Raumes mit unterschiedlichen Positionen des Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 2 shows a section of a profile section of the room with different positions of the measuring system according to an embodiment of the invention

3 zeigt Bildaufnahmeorientierungen aus einer Position des Messsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 3 shows image acquisition orientations from a position of the measurement system according to an embodiment of the invention

4 zeigt eine Bestimmung von Bildbereichen, in denen ein Modellelement abgebildet ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 4 shows a determination of image areas in which a model element is mapped according to an embodiment of the invention

5 zeigt einen Profilschnitt durch einen Raum gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 5 shows a profile section through a space according to an embodiment of the invention

6 zeigt ein drei-dimensionales Raummodell gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 6 shows a three-dimensional space model according to an embodiment of the invention

7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines texturierten drei-dimensionalen Raummodells gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 7 shows a perspective view of a textured three-dimensional space model according to an embodiment of the invention

8 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des texturierten dreidimensionalen Raummodells gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung 8th shows another perspective view of the textured three-dimensional space model according to an embodiment of the invention

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile und der entsprechenden Verfahrensschritte.All figures are merely schematic representations of devices according to the invention or their constituents and the corresponding process steps.

Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.In particular, distances and size relationships are not shown to scale in the figures. In the various figures, corresponding elements are provided with the same reference numbers.

In 1 ist eine perspektivische Ansicht des Messsystems sowie des zu vermessenden Raums dargestellt. Der Raum weist eine Deckenebene 15, eine Bodenebene 17 und Wände 19 auf. Das Messsystem 1 wird im Raum möglichst so positioniert, dass auf der Messebene vom Gerät aus alle Raumbegrenzungen sichtbar sind. Durch Schwenken bzw. Rotieren um eine vertikale Achse 5 vermisst das Abstandsmessgerät 3 den Abstand zu den Raumbegrenzungen und generiert einen Abstandsdatensatz, der beispielsweise aus Punkten besteht. Aus den Punkten werden einzelne Modellelemente 29, wie beispielsweise in 2 gezeigt, berechnet. Aus den Modellelementen 29 kann ein Profilschnitt bzw. Raumschnitt 13 berechnet werden.In 1 is a perspective view of the measuring system and the space to be measured shown. The room has a ceiling level 15 , a ground level 17 and walls 19 on. The measuring system 1 is positioned in the room as far as possible so that all room boundaries are visible from the device at the measuring level. By pivoting or rotating about a vertical axis 5 misses the distance measuring device 3 The distance to the room boundaries and generates a distance data set, which consists for example of points. The dots become individual model elements 29 , such as in 2 shown, calculated. From the model elements 29 can a profile section or space cut 13 be calculated.

Ferner werden mittels des Abstandsmessgeräts 3 Messpunkte auf einem Kreisausschnitt z. B. in der Decken- bzw. Bodenebene gemessen. Daraus kann der Abstand 21 zur Deckenebene 15 und der Abstand 23 zur Bodenebene 17 ermittelt werden. Ferner kann daraus die Orientierung der Decken- bzw. Bodenebene und die Orientierung des Messgeräts zur Decken- bzw. Bodenebene ermittelt werden. Dies geschieht durch Schwenken des Abstandsmessgeräts um die horizontale Achse 7. Durch Generieren weiterer Profilschnitte 13 oder durch Extrapolation eines Profilschnitts in Richtung Decken- und Bodenebene 15, 17 kann ein drei-dimensionales Raummodell 11 auch als Wire-Frame-Modell bezeichnet erzeugt werden.Furthermore, by means of the distance measuring device 3 Measuring points on a circular cut z. B. measured in the ceiling or floor level. This can be the distance 21 to the ceiling level 15 and the distance 23 to the ground level 17 be determined. Furthermore, the orientation of the ceiling or ground plane and the orientation of the measuring device to the ceiling or ground level can be determined from this. This is done by pivoting the distance measuring device about the horizontal axis 7 , By generating further profile cuts 13 or by extrapolation of a profile section in the direction of the ceiling and floor level 15 . 17 can be a three-dimensional space model 11 also called a wire-frame model.

Das Messsystem kann zum Generieren von Profilschnitten 13 in unterschiedlichen Höhen beispielsweise auf einem Stativ 43 angeordnet und damit höhenverstellbar sein.The measuring system can be used to generate profile sections 13 at different heights, for example on a tripod 43 arranged and thus be adjustable in height.

Die am schwenkbaren Teil des Gehäuses des Messsystems 1 und insbesondere des Abstandsmessgeräts 3 angeordnete Kamera 9 nimmt beispielsweise bei einer weiteren Rotation bzw. Umdrehung des Abstandsmessgeräts 3, beispielsweise in einem vordefinierten Winkelintervall, Bildaufnahmen (auch als Kameraaufnahmen bezeichnet) auf. Die Kamera 9 ist dabei fest auf dem schwenkbaren Teil des Geräts montiert und bezüglich ihrer Orientierung zum Abstandsmessgerät 3 kalibriert. Nach der Messung des Abstandsdatensatzes und der Bildaufnahmen bzw. Bildaufnahmen 35 werden die für die Texturierung 45 günstigsten Bilder ermittelt und die Wandflächen im Wire Frame-Modell mit ihnen texturiert. Anschließend kann ein solcher Datensatz in unterschiedlichen Formaten exportiert werden. Im Drawing Interchange-Format (DXF) für den Fall, dass reine Geometrie-Informationen benötigt werden und/oder in einem Virtual Reality Modelling Language-Format (VRML), falls texturierte Geometrie-Informationen benötigt werden.The pivotable part of the housing of the measuring system 1 and in particular the distance measuring device 3 arranged camera 9 takes, for example, a further rotation or rotation of the distance measuring device 3 For example, at a predefined angle interval, image captures (also referred to as camera shots) on. The camera 9 is fixedly mounted on the swiveling part of the device and with regard to its orientation to the distance measuring device 3 calibrated. After measuring the distance data set and the image recordings or image recordings 35 Be the ones for texturing 45 Determined cheapest images and textured the wall surfaces in the wire frame model with them. Subsequently, such a record can be exported in different formats. In the Drawing Interchange format (DXF) in case pure geometry information is needed and / or in a Virtual Reality Modeling Language (VRML) format, if textured geometry information is needed.

Das Messsystem 1 weist ferner eine Orientierungsbestimmungsvorrichtung 25 auf. Die Orientierungsbestimmungsvorrichtung 25 kann beispielsweise die Position und Orientierung des Abstandsmessgeräts 3 bzw. der damit fest verbundenen Kamera 9 und somit auch der Bildaufnahmen 35 ermitteln.The measuring system 1 further comprises an orientation determining device 25 on. The orientation determining device 25 For example, the position and orientation of the distance measuring device 3 or the camera permanently connected to it 9 and thus also the image recordings 35 determine.

Als Verfahren zur Orientierungsbestimmung kann hier z. B. Scanmatching eingesetzt werden, welches auf den Daten des Abstandmessgeräts basiert. Das Scanmatching kann bei kleinen Positionsänderungen besser funktionieren als bei großen. Somit können bei einer Orientierungsbestimmung basierend auf Daten des Abstandmessgeräts die Bilddaten der Kamera zusätzlich genutzt werden, um einen Positionsbestimmung der Vorrichtung im Raum durchzuführen. Beispielsweise kann hierzu ein Algorithmus zur Bilderkennung wie SIFT (Scale-invariant feature transform) verwendet werden.As a method for orientation determination can here z. B. scan matching can be used, which is based on the data of the distance measuring device. Scan matching can work better for small position changes than for large ones. Thus, in an orientation determination based on data of the distance measuring device, the image data of the camera can be additionally used to perform a position determination of the device in space. For example, an image recognition algorithm such as SIFT (scale-invariant feature transform) can be used for this purpose.

Vor der erstmaligen Benutzung des Messsystems 1 kann die Kamera in einem einmaligen Kalibriervorgang in Bezug auf Aufnahmeeigenschaften kalibriert werden. Hierzu können beispielsweise die projektiven Eigenschaften der Kamera 9 in Form eines Satzes an Parametern ermittelt werden. Anhand des Parametersatzes lassen sich weitere Bildaufnahmen 35 entzerren, so dass erfasste Objekte in den Aufnahmen entsprechend den Regeln der Zentralprojektion beispielsweise Subpixel genau abgebildet werden. Ferner lassen sich bei bekannter Orientierung der Kamera 9 einzelne Bildpixel mit entsprechender Genauigkeit auf die zugehörigen Objektoberflächen projizieren. Ferner kann in einem separaten Kalibriervorgang vor der erstmaligen Benutzung des Messsystems 1 eine Kalibrierung in Bezug auf die Orientierung der an dem Abstandsmessgerät 3 fest installierten Kamera 9 vorgenommen werden.Before using the measuring system for the first time 1 The camera can be calibrated in a one-time calibration procedure for recording characteristics. For example, the projective properties of the camera 9 in the form of a set of parameters. On the basis of the parameter set, further images can be taken 35 equalize, so that captured objects in the images according to the rules of the central projection, for example, subpixels are accurately mapped. Furthermore, can be with a known orientation of the camera 9 Project individual image pixels with the appropriate accuracy onto the associated object surfaces. Furthermore, in a separate calibration procedure prior to the first use of the measuring system 1 a calibration with respect to the orientation of the on the distance measuring device 3 permanently installed camera 9 be made.

Die Kamera 9 ist fest mit dem Abstandsmessgerät 3 verbunden, die relative Orientierung zum Abstandsmessgerät ist bekannt und das Messsystem 1 kann horizontiert sein. Somit kann es ausreichend sein, für jede Aufnahme die X- und Y-Koordinate des Gerätestandorts im drei-dimensionalen Raummodell 11, die jeweilige Gerätehöhe Z, sowie den entsprechenden Richtungswinkel φ zu speichern, um die drei-dimensionale Orientierung (X, Y, Z, ω, φ, κ) im Koordinatensystem des drei-dimensionalen Raummodells 11 zu bestimmen.The camera 9 is fixed with the distance measuring device 3 connected, the relative orientation to the distance measuring device is known and the measuring system 1 can be leveled. Thus, it may be sufficient for each shot the X and Y coordinate of the device location in the three-dimensional space model 11 , the respective device height Z, as well as the corresponding direction angle φ to save the three-dimensional orientation (X, Y, Z, ω, φ, κ) in the coordinate system of the three-dimensional space model 11 to determine.

In 2B ist ein Ausschnitt eines Profilschnittes 13 des Raumes mit unterschiedlichen Positionen des Messsystems 1 dargestellt. In 2A sind die einzelnen Elemente des Profilschnitts 13 dargestellt. Für die Berechnung eines drei-dimensionalen Raummodells 11 eines verwinkelten Raumes wie beispielsweise in 6 dargestellt, sind unterschiedliche Positionen 27, 27' und 27'' des Messsystems 1 im Raum notwendig. Dabei werden aus jeder einzelnen Position 27, 27' und 27'' Abstandsmessungen in jede Raumrichtung durchgeführt. Während einer Scannermessung kann verfolgt werden, welche Raumbereiche die Messstrahlen des Abstandsmessgeräts 3 durchstreichen. Daraus kann ermittelt werden, welche Modellelemente 29 von welchen Gerätepositionen 27, 27', 27'' aus sichtbar sind. Die Sichtverbindungen sind mit dem Bezugszeichen 31 kenntlich gemacht. Somit kann eine geeignete Bildaufnahme 35 aus der Menge der Aufnahmen, die von diesen Messpositionen aus gemacht wurden, gewählt werden. Es kann vorteilhaft sein, eine Aufnahme 35 auszuwählen, die senkrecht zu dem Modellelement 29 aufgenommen wurde. Dies ist durch den normalen Vektor 33 auf das Modellelement 29 verdeutlicht. In 2 B is a section of a profile section 13 of the room with different positions of the measuring system 1 shown. In 2A are the individual elements of the profile section 13 shown. For the calculation of a three-dimensional space model 11 a winding room such as in 6 shown are different positions 27 . 27 ' and 27 '' of the measuring system 1 necessary in the room. This will be from each individual position 27 . 27 ' and 27 '' Distance measurements performed in each spatial direction. During a scanner measurement, it is possible to track which spatial areas the measuring beams of the distance measuring device 3 strikethrough. From this it can be determined which model elements 29 from which device positions 27 . 27 ' . 27 '' are visible from. The visual connections are denoted by the reference numeral 31 indicated. Thus, a suitable image capture 35 from the set of shots taken from these measurement positions. It can be beneficial to take a picture 35 select perpendicular to the model element 29 has been recorded. This is through the normal vector 33 on the model element 29 clarified.

Für jede Messposition kann aufgrund der bekannten Orientierung der Aufnahmen 35 überprüft werden, ob und in welchen Aufnahmen ein Modellelement 29 vollständig abgebildet ist. Wie in 3 dargestellt, kann die Texturierung 45 auch unter Verwendung mehrerer Aufnahmen erfolgen, falls das Modellelement 29 in keiner Aufnahme vollständig erfasst ist. Dazu werden Aufnahmen ausgewählt, die jeweils Teile des Modellelements 29 abbilden. 3 zeigt Bildaufnahmen 35 aus der Position 27 des Messsystems 1. Dabei ist in 3 das Modellelement 29 in der Bildaufnahme 35' komplett enthalten. Die Bildaufnahmen 35 können sich teilweise überlappen.For each measuring position can be due to the known orientation of the images 35 be checked, whether and in which shots a model element 29 is completely depicted. As in 3 shown, the texturing 45 also using multiple shots, if the model element 29 is completely recorded in any recording. For this purpose, recordings are selected, each part of the model element 29 depict. 3 shows pictures 35 from the position 27 of the measuring system 1 , It is in 3 the model element 29 in the picture 35 ' completely included. The pictures 35 can partially overlap.

Nach der in 3 gezeigten Auswahl von geeigneten Bildaufnahmen 35 können, wie in 4 dargestellt, in den ausgewählten Bildaufnahmen 35 Bildbereiche bestimmt werden, in denen das entsprechende Modellelement 29 abgebildet ist. Da die Orientierung zwischen der Aufnahmeposition 27 und dem Modellelement 29 bekannt ist, können Durchstoßpunkte der Strahlen vom Projektionszentrum der Kamera 9 zu den Elementbegrenzungen durch die Bildebene bestimmt werden (Zentralprojektion). Nachdem die Bildbereiche, die die Modellelemente 29 darstellen, bekannt sind, können diese Texturinformationen aus den Bildern auf das drei-dimensionale Raummodell 11 übertragen werden. Beispielsweise lassen sich gegenläufig zur Auswahl der Bildbereiche die Durchstoßpunkte der Projektionsstrahlen aller im Bildbereich enthaltenen Pixel auf das zugehörige Modellelement 29 bestimmen. Damit kann sich zum Beispiel auf der Ebene des Modellelements 29 eine hochaufgelöste Punktwolke ergeben, die mit Texturinformationen hinterlegt ist und entsprechend visualisiert werden kann.After the in 3 shown selection of suitable images 35 can, as in 4 shown in the selected images 35 Image areas are determined in which the corresponding model element 29 is shown. Because the orientation between the shooting position 27 and the model element 29 is known, puncture points of the rays from the projection center of the camera 9 to the element boundaries are determined by the image plane (central projection). After the image areas that the model elements 29 are known, these texture information from the images on the three-dimensional space model 11 be transmitted. For example, in contrast to the selection of the image areas, the piercing points of the projection beams of all pixels contained in the image area can be reduced to the associated model element 29 determine. This can be, for example, at the level of the model element 29 give a high-resolution point cloud, which is deposited with texture information and can be visualized accordingly.

In 4 ist die Projektion 41 des Modellelements 29 auf die Bildebene 39 der inneren Kamerageometrie 37 dargestellt.In 4 is the projection 41 of the model element 29 on the picture plane 39 the inner camera geometry 37 shown.

Die Kamera 9 kann so positioniert sein, dass die längere Bildseite vertikal angeordnet ist. Damit kann die Anzahl der horizontal angeordneten Aufnahmen flexibel variiert werden. Dies könnte vorteilhaft sein, da eine Vergrößerung des vertikalen Sichtbereichs sich nur durch Verkippung bzw. Entfernen vom Objekt erreichen lässt.The camera 9 can be positioned so that the longer side of the image is vertical. Thus, the number of horizontally arranged recordings can be flexibly varied. This could be advantageous since an enlargement of the vertical field of view can only be achieved by tilting or removal from the object.

Ferner kann es vorteilhaft sein, im Anschluss an die Generierung eines dreidimensionalen Raummodells 11 anhand der Position der ermittelten Modellelemente 29 diejenigen Bildaufnahmen 35 auszuwählen, die unter einem Winkel von 90° zum Modellelement 29 aufgenommen wurden.Furthermore, it may be advantageous, following the generation of a three-dimensional room model 11 based on the position of the identified model elements 29 those pictures 35 at an angle of 90 ° to the model element 29 were recorded.

In 5 ist ein Profilschnitt 13 durch einen Raum dargestellt. In 6 ist ein dreidimensionales Raummodell 11 eines anderen Raums gezeigt. Das Modell wurde anhand des Profilschnitts 13 sowie der Abstandsmessungen 21, 23 zur Decken- und Bodenebene 15, 17 erstellt. Das Modell ist als Wire Frame-Modell ohne Texturierung dargestellt.In 5 is a profile cut 13 represented by a room. In 6 is a three-dimensional space model 11 another room shown. The model was based on the profile section 13 and the distance measurements 21 . 23 to the ceiling and floor level 15 . 17 created. The model is shown as a wire frame model without texturing.

In 7 und 8 sind perspektivische Ansichten des in 6 gezeigten dreidimensionalen Raummodells 11 mit Texturierung 45 dargestellt. Die einzelnen texturierten Modellelemente 29 können mittels geeigneter Maßnahmen, wie zum Beispiel Blending-Algorithmen, bezüglich der Helligkeit so angepasst werden, dass an den Übergangsstellen der Texturierung 45 aus einer Bildaufnahme 35 zur anderen die Übergänge gleichmäßig sind.In 7 and 8th are perspective views of the in 6 shown three-dimensional space model 11 with texturing 45 shown. The individual textured model elements 29 can be adjusted by means of suitable measures, such as blending algorithms, with respect to the brightness so that at the crossing points of the texturing 45 from an image capture 35 on the other hand the transitions are even.

Die mit Hilfe des Messsystems 1 erzeugten drei-dimensionalen Raummodelle 11 ohne Texturierung 45 können weiter ausgewertet werden, so dass durch Verarbeitung der Bilder mit Methoden der Bildverarbeitung Objekte wie beispielsweise Türen, Fenster und Öffnungen klassifiziert und dem Modell zugewiesen werden können.The with the help of the measuring system 1 created three-dimensional space models 11 without texturing 45 can be further evaluated so that by processing the images with methods of image processing objects such as doors, windows and openings can be classified and assigned to the model.

Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend” oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.Finally, it should be noted that terms such as "having" or the like are not intended to exclude that other elements or steps may be provided. It should also be noted that "a" or "an" does not exclude a multitude. In addition, features described in connection with the various embodiments may be combined with each other as desired. It is further noted that the reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.

Claims

Measuring system ( 1 ) for the detection of textured three-dimensional spatial geometries, the measuring system ( 1 ) comprising a distance measuring device ( 3 ); wherein the distance measuring device ( 3 ) about a vertical axis ( 5 ) and / or about a horizontal axis ( 7 ) is pivotally mounted; wherein the distance measuring device ( 3 ), a distance data set for the reconstruction of a three-dimensional space model ( 11 ) to generate; characterized in that the measuring system ( 1 ) a camera ( 9 ) having; with the camera ( 9 ) on a pivotable part of the distance measuring device ( 3 ) is installed; with the camera ( 9 ), image recordings ( 35 ), with which the three-dimensional space model ( 11 ) is texturable.

Measuring system ( 1 ) according to claim 1, further comprising an orientation determining device ( 25 ); wherein the orientation determining device ( 25 ), an orientation of the image recordings ( 35 ) with respect to the distance data set.

Measuring system ( 1 ) according to claim 2, wherein said orientation determining device ( 25 ) is configured, a location (x, y) of the camera ( 9 ), the height (z) of the camera ( 9 ) above a ground ( 17 ) and a directional angle (φ) of the camera ( 9 ) to the image recordings ( 35 ) capture.

Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, further comprising a driving device connected to the camera ( 9 ) connected is; wherein the driving device is configured, the camera ( 9 ) in predefined angular positions.

Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, further comprising an image selection device, which is designed to be a model element ( 29 ) of the three-dimensional space model ( 11 ) a corresponding image acquisition ( 35 ' ) from the image recordings ( 35 ).

Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, further comprising an interface; wherein the interface is designed, the distance data record and the image recordings ( 35 ) to a data processing device.

Method for detecting and displaying textured three-dimensional spatial geometries with a measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, the method comprising the following steps: recording a distance data set by means of the distance measuring device ( 3 ); characterized in that the following steps are performed taking pictures ( 35 ) by means of the camera ( 9 ); Reconstruct the three-dimensional space model ( 11 ); Texturing the three-dimensional space model ( 11 ) with the image recordings ( 35 ).

Method according to claim 7, further comprising the following steps selecting suitable image recordings ( 35 ' ) for texturing ( 45 ) of the three-dimensional space model ( 11 ); where the three-dimensional space model ( 11 ) Model elements ( 29 ) having; whereby the suitable image recordings ( 35 ' ) a model element ( 29 ) completely and / or at a perpendicular angle to the model element ( 29 ) are included.

A computer program element, the computer program element configured to perform the method of any one of claims 7 to 8 when executed on a processor.

Computer-readable medium, wherein the program element according to claim 9 is stored on the medium.