DE102012003256A1

DE102012003256A1 - Auswerteverfahren für ein ortsauflösendes Messergebnis und Auswerteeinrichtung

Info

Publication number: DE102012003256A1
Application number: DE201210003256
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmieder; Dr. Stratmann Martin; Jan-Friso Evers-Senne
Original assignee: Testo SE and Co KGaA
Current assignee: Testo SE and Co KGaA
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-08-22

Abstract

Bei einem Auswerteverfahren für ein ortsauflösendes Messergebnis (2), welches durch Aufnahme eines Bildes (3) in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich von einem Messobjekt (4) erstellt wurde, wird vorgeschlagen, die Messwerte des ortsauflösenden Messergebnisses (2) mit einer automatisch ermittelten Transformationsvorschrift (12) einem CAD-Modell (9) und/oder einem aus dem CAD-Modell (9) abgeleiteten 2D- oder 3D-Modell (10, 11) zuzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Auswerteverfahren für ein ortsauflösendes Messergebnis, wobei das ortsauflösende Messergebnis in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich von einem Messobjekt als wenigstens ein Bild aufgenommen oder bereitgestellt wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Auswerteeinrichtung mit einem Dateneingang zur Eingabe eines ortsauflösenden Messergebnisses, wobei das ortsauflösende Messergebnis in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich von einem Messobjekt als wenigstens ein Bild aufgenommen oder bereitgestellt ist.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise von der Aufnahme und/oder Auswertung von thermografischen Messdaten, welche mit einer Wärmebildkamera aufgenommen wurden, bekannt.
Die Auswertung von Bildern mit thermografischen Messdaten erfordert Erfahrung. Häufig ist es notwendig, dass bei der Auswertung Informationen über die in den Bildern abgebildeten Messobjekte verfügbar sind, die über die Aufnahmesituation Aufschluss geben.
Dies ist bei der Auswertung von ortsauflösenden Messergebnissen, die in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich von einem Messobjekt als wenigstens ein Bild aufgenommen oder bereitgestellt werden, besonders wichtig, da in diesem Fall der Inhalt des Messergebnisses für einen visuellen Eindruck künstlich aufbereitet werden muss. Eine unmittelbare, intuitive Einschätzung der Messsituation ist somit häufig erschwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auswertung thermografischer Daten und allgemein von ortsauflösenden Messergebnissen zu erleichtern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Auswerteverfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, dass von einem CAD-Modell des Messobjektes ein 2D- oder 3D-Modell automatisch abgeleitet wird und dass eine Transformationsvorschrift automatisch ermittelt wird, mit welcher Bildpunkte, die dem Messobjekt zugeordnet sind, in Punkte des 2D- oder 3D-Modells überführbar sind. Hierbei wird unter einem ortsauflösenden Messergebnis eine zweidimensionale Datenansammlung verstanden, welche eine Zuordnung von einzelnen Daten zu Bereichen des Messobjekts, von denen die Daten gewonnen wurden, erlaubt. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Anwender bei der Auswertung unterstützt wird, indem das bereitgestellte Bild automatisch, also rechnergestützt, mit einem CAD-Modell in Verbindung bringbar ist. Hierdurch kann dem Inhalt des Bildes eine zusätzliche Information über das dargestellte Messobjekt oder dessen Eigenschaften beigeordnet werden, welche bei der Auswertung berücksichtigbar ist. Durch die Zuordnung der Punkte des aufgenommenen Bildes zu Punkten des 2D- oder 3D-Modells kann das aufgenommene Bild auch inhaltlich strukturiert werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus dem wenigstens einen Bild eine Punktwolke in einem zwei- oder dreidimensionalen Raum automatisch berechnet wird, welche das Messobjekt darstellt. Von Vorteil ist dabei, dass ein automatischer Vergleich mit hinterlegten CAD-Modellen bzw. den daraus abgeleiteten 2D- oder 3D-Modellen besonders einfach durchführbar ist. Beispielsweise kann die berechnete Punktwolke zur Detektion von Kanten oder Linien oder sonstigen Strukturen verwendbar sein und verwendet werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mit der Transformationsvorschrift die Punktwolke in das 2D- oder 3D-Modell überführbar ist. Somit ist ein einfaches verfahren gegeben, mit welchem die Bildpunkte des Messobjekts in Punkte des 2D- oder 3D-Modells überführbar sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Punktwolke durch eine Merkmalsanalyse des wenigstens einen Bildes automatisch berechnet wird. Beispielsweise kann die Merkmalsanalyse eine Kantendetektion oder ein sonstiges rechnergestütztes, automatisches Verfahren zur Strukturerkennung oder Merkmalserkennung umfassen. Beispielsweise können hierzu Methoden der Merkmalserkennung aus der digitalen Bildverarbeitung von Bildern im sichtbaren Spektralbereich auf das Messergebnis oder das Bild angewendet werden. Von Vorteil ist dabei, dass das Auswerteverfahren automatisiert ablaufen kann, so dass die benötigten Informationen in kurzer zeit bereitstellbar sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Transformationsvorschrift in einem Registrierungsverfahren ermittelt wird. Beispielsweise kann dieses Registrierungsverfahren einen iterative closest point-Algorithmus umfassen oder realisieren. Somit ist ein einfaches Verfahren geschaffen, mit welchem die Transformationsvorschrift automatisch berechenbar ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus dem CAD-Modell ein 2D-Modell automatisch abgeleitet wird, für welches eine optimale Übereinstimmung mit dem Messergebnis feststellbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Informationsverlust, welcher sich aus der systembedingten Reduktion des dreidimensionalen Messobjekts auf sein zweidimensionales Abbild ergibt, rechnergestützt automatisiert verarbeitbar ist, indem das mit dreidimensionalen Daten vorliegende CAD-Modell ebenfalls auf eine zweidimensionale Darstellungsform als 2D-Modell reduziert wird. Somit sind die Bilddaten noch einfacher mit den Daten des 2D-Modells vergleichbar. Hierbei kann vorgesehen sein, dass aus dem CAD-Modell zunächst mehrere 2D-Modelle abgeleitet werden, und dass dasjenige 2D-Modell ausgewählt wird, für welches eine optimale Übereinstimmung mit dem zuvor gewonnenen Messergebnis feststellbar ist. Diese mehreren 2D-Modelle können unterschiedliche Ansichten des CAD-Modells repräsentieren.
Zum direkten Vergleich des aufgenommenen Messergebnisses mit einem hinterlegten dreidimensionalen CAD-Modell kann vorgesehen sein, dass einzelnen oder allen Bildpunkten des wenigstens einen Bildes jeweils wenigstens eine individuelle Abstands- oder Positionsinformation zugeordnet wird, welche den Abstand oder die Position eines zu dem jeweiligen Bildpunkt korrespondierenden Oberflächenbereichs des Messobjektes in Bezug auf die oder eine Aufnahmeeinrichtung zum Zeitpunkt des Bildaufnahmevorgangs repräsentiert. Von Vorteil ist dabei, dass hierdurch bereits Informationen über die geometrische Gestalt des untersuchten Messobjektes vorliegen, welche ausgewertet werden können, um die Transformationsvorschrift zu bestimmen.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Abstands- oder Positionsinformation zur Berechnung der Punktwolke in einem dreidimensionalen Raum verwendet wird.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in dem CAD-Modell Stoffeigenschaften des Messobjektes bereitgestellt werden, welche wenigstens eine Strahlungseigenschaft des Messobjektes in dem Spektralbereich beschreiben. Somit können die ortsaufgelösten Messergebnisse automatisch korrigiert werden. Besonders günstig ist es, wenn die bereitgestellten Stoffeigenschaften ortsabhängig sind. Von Vorteil ist dabei, dass somit auch über das Messobjekt variierende Abstrahlungseigenschaften modellierbar oder berücksichtigbar sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die in dem CAD-Modell bereitgestellten Stoffeigenschaften zur automatischen Korrektur der Messwerte des Messergebnisses verwendet werden.
Um die Stoffeigenschaften zur Korrektur bereitstellen und verwenden zu können, kann vorgesehen sein, dass die Transformationsvorschrift verwendet wird, um eine zu einem dem Messobjekt zugeordneten Bildpunkt bereitgestellte Stoffeigenschaft aus dem CAD-Modell auszulesen. Somit kann die Korrektur pixelgenau durchgeführt werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Spektralbereich im IR-Spektralbereich liegt. Somit können thermografische Bilder oder Thermogramme erstellt werden, indem Wärmestrahlung erfasst wird. Das ortsauflösende Messergebnis kann in diesem Fall eine ortsabhängige Temperaturinformation enthalten.
Zur automatischen Korrektur der ortsauflösenden Messergebnisse kann vorgesehen sein, dass als Stoffeigenschaft ein Emissions-, Reflexions- und/oder Transmissionskoeffizient hinterlegt wird/werden. Von Vorteil ist dabei, dass die Abstrahlungseigenschaften des Messobjekts automatisch berücksichtigbar sind.
Beispielsweise kann als Messergebnis ein Thermogramm erstellt werden. Bei Thermogrammen ist die Messgenauigkeit, mit welcher den einzelnen Datenpunkten des Messergebnisses Temperaturwerte zugeordnet werden können, besonders stark von einer möglichst genauen Kenntnis der Abstrahlungseigenschaften des Messobjektes abhängig. Diese Abstrahlungseigenschaften können durch hinterlegte Koeffizienten gut modelliert werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein physikalisches Modell eines an oder in dem Messobjekt ablaufenden physikalischen Prozesses bereitgestellt wird, wobei das physikalische Modell wenigstens einen einstellbaren Parameter aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der einstellbare Parameter variierbar ist, um mit dem physikalischen Modell das aufgenommene ortsauflösende Messergebnis nachzubilden. Beispielsweise können auf diese Weise räumliche Wärmeflüsse berechnet werden, oder es kann ein K-Wert, also ein Wärmeleitwert, berechnet werden. Durch Variation des einstellbaren Parameters können auch unterschiedliche Ausgangssituationen oder Messsituationen simuliert werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass als physikalischer Prozess ein Wärmeleitungsprozess modelliert wird und dass als einstellbare Parameter ein vorzugsweise ortsabhängiger Wärmeleitwert oder Wärmewiderstandswert verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass der Wärmeleitwert oder Wärmewiderstandswert eines Messobjekts dadurch bestimmbar ist, dass der Parameterwert gesucht wird, für welchen der modellierte Wärmeleitungsprozess optimal mit dem aufgenommenen ortsauflösenden Messergebnis in Einklang steht.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Transformationsvorschrift wenigstens eine Verschiebung, Rotation, Skalierung und/oder Homografie verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass einfach handhabbare Transformationsvorschriften für eine computerimplementierte Realisierung des Auswerteverfahrens bereitgestellt sind. Vorzugsweise kann die Transformationsvorschrift oder jede der Transformationsvorschriften wenigstens einen variablen Parameter aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass somit Optimierungsverfahren verwendbar sind, mit denen die optimale Transformationsvorschrift ermittelbar ist, indem der variable Parameter variiert wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die Transformationsvorschrift zeitlich parallel zur Aufnahme oder Bereitstellung eines zeitlich nächsten ortsauflösenden Messergebnisses ermittelt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Berechnung der Transformationsvorschrift und/oder ein Abgleichen der aufgenommenen Bilder eines Datenstroms von Bildern in Echtzeit durchführbar ist. Echtzeit bedeutet hierbei, dass die Berechnung der Transformationsvorschriften für die Bilder des Datenstroms im gleichen Takt oder auf gleicher Zeitskala wie die Aufnahme von neuen Bildern des Datenstroms erfolgt.
Mit der Zuordnung der aufgenommen Bilder zu einem CAD-Modell kann beispielsweise auch eine virtuelle Begehung einer thermografierten Baustelle durchgeführt werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass mehrere nacheinander aufgenommene Bilder einem gemeinsamen CAD-Modell zugeordnet werden, indem die einzelnen Bilder mit jeweiligen Transformationsvorschriften in Punkte von 2D- oder 3D-Modellen überführbar sind, die aus diesem gemeinsamen CAD-Modell abgeleitet sind. Das CAD-Modell kann auf diese Weise mit den Daten des Messergebnisses ausgekleidet werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das aufgenommene Bild segmentiert wird, wobei den Segmenten automatisch Parameter wie Emissions- oder Reflexionsgrad oder auch Transmissionsgrad zugewiesen werden. Hierdurch kann die Temperaturberechnung zur Auswertung des aufgenommenen Bildes nochmals verbessert werden.
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei einer Auswerteeinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass in einer Datenverarbeitungseinheit wenigstens ein CAD-Modell hinterlegt ist, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung des CAD-Modells eingerichtet ist, dass mit der Datenverarbeitungseinheit aus dem CAD-Modell wenigstens ein 2D- oder 3D-Modell ableitbar ist und dass die Datenverarbeitungseinheit zur Ermittlung einer Transformationsvorschrift eingerichtet ist, mit welcher dem Messobjekt zugeordnete Bildpunkte in Punkte des 2D- oder 3D-Modells überführbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass das CAD-Modell mit den Daten auf dem ortsauflösenden Messergebnis auskleidbar ist. Die Daten des ortsauflösenden Messergebnisses sind somit besser visualisierbar und können daher leichter ausgewertet werden. Zur Berechnung der Transformationsvorschrift kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung einer Punktwolke in einem zwei- oder dreidimensionalen Raum, welche das Messobjekt darstellt, aus dem wenigstens einen Bild eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die das Messobjekt darstellende Punktwolke mit Merkmalserkennungsalgorithmen der digitalen Bildverarbeitung weiterverarbeitbar ist, um die Transformationsvorschrift zu berechnen.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Merkmalsanalyse des wenigstens einen Bildes zur Berechnung der Punktwolke eingerichtet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Dateneingang an eine Aufnahmeeinrichtung angeschlossen ist, welche einen in dem Spektralbereich empfindlichen Detektor aufweist, wobei durch den Detektor eine Pixelanordnung von Pixeln definiert ist, welche Bildpunkte des Messobjektes und/oder der Punktwolke vorgibt. Somit sind mit der Aufnahmeeinrichtung ortsauflösende Messergebnisse gewinnbar und am Dateneingang zur Weiterverarbeitung bereitstellbar.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zu einzelnen oder allen Bildpunkten des Bildes jeweils wenigstens eine zugeordnete individuelle Abstands- oder Positionsinformation bereitgestellt ist, welche den Abstand oder die Position eines zu dem jeweiligen Bildpunkt korrespondierenden Oberflächenbereichs des Messobjektes in Bezug auf die Aufnahmevorrichtung zum Zeitpunkt des Bildaufnahmevorgangs repräsentiert. Hierzu kann beispielsweise eine Abstands- oder Positionsmesseinrichtung ausgebildet sein, mit welcher die Abstands- oder Positionsinformation messbar und/oder bereitstellbar ist.
Zur automatisierten Auswertung der aufgenommenen Bilder kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinrichtung zur Berechnung einer Punktwolke in einem dreidimensionalen Raum aus dem wenigstens einen Bild und der zugeordneten Abstands- oder Positionsinformation eingerichtet ist.
Zur Unterstützung der Berechnung der Transformationsvorschrift kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Registrierung des Messergebnisses mit dem 2D- oder 3D-Modell eingerichtet ist.
Beispielsweise können in dem CAD-Modell Stoffeigenschaften des Messobjekts hinterlegt sein, welche wenigstens eine Strahlungseigenschaft des Messobjektes in dem Spektralbereich beschreiben. Besonders günstig ist es, wenn die Stoffeigenschaften ortsabhängig hinterlegt sind, so dass Einzelheiten des Messobjekts getrennt voneinander bearbeitbar sind.
Günstige Gebrauchseigenschaften ergeben sich, wenn eine Messwertkorrektureinheit zur automatischen Korrektur der Messwerte des Messergebnisses oder Verwendung der in dem CAD-Modell bereitgestellten Stoffeigenschaften eingerichtet ist. Somit kann das Messergebnis automatisch, also computerimplementiert, korrigiert werden, sobald die Bildpunkte des Messergebnisses den Punkten des 2D- oder 3D-Modells und den diesen Punkten zugeordneten Stoffeigenschaften zuordenbar sind.
Für eine Nachbearbeitung des ortsauflösenden Messergebnisses kann vorgesehen sein, dass eine Ausleseeinheit ausgebildet und zum Auslesen der zu einem Bildpunkt des Messobjektes bereitgestellten Stoffeigenschaft aus dem CAD-Modell mittels der Transformationsvorschrift eingerichtet ist. Somit ist es möglich, dass aufgenommene Bild inhaltlich aufzubereiten.
Für einen Einsatz der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung in der Thermografie kann vorgesehen sein, dass der Detektor im IR-Spektralbereich sensitiv ausgebildet ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmeeinheit zur Erstellung eines Thermogramms als Messergebnis ausgebildet ist.
Zur Aufbereitung von thermografischen Bildern, welche mit der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung aufnehmbar sind, kann vorgesehen sein, dass als Stoffeigenschaft ein Emissions-, Reflexions- und/oder Transmissionskoeffizient hinterlegt ist/sind.
Um aus den aufgenommenen Messergebnissen weitere Informationen über das untersuchte Messobjekt gewinnen zu können, kann vorgesehen sein, dass in der Datenverarbeitungseinheit ein physikalischen Modell eines an oder in dem Messobjekt ablaufenden physikalischen Prozesses bereitgestellt oder definiert ist, wobei das physikalische Modell wenigstens einen einstellbaren Parameter aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der Parameter zu den aufgenommenen Messergebnissen derart optimierbar ist, dass das physikalische Modell die Messergebnisse reproduziert.
Hierzu. kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Ableitung wenigstens eines Zahlenwertes für den Parameter aus dem vorzugsweise korrigierten Messergebnisses eingerichtet ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in der Datenverarbeitungseinheit als physikalischer Prozess ein Wärmeleitungsprozess modelliert ist und dass die Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung eines vorzugsweise ortsabhängigen Wärmeleitwertes oder Wärmewiderstandes als einstellbarer Parameter eingerichtet ist. Somit ist beispielsweise eine genaue Simulation zur Berechnung des K-Wertes eines Gebäudes oder dergleichen Messobjektes durchführbar, welches zuvor thermografiert wurde.
Ferner ist es möglich mit den genauen Informationen, die in einem CAD-Modell hinterlegt sind, automatisiert lokale Parameter für das Thermogram zu definieren. So ist es etwa bei einem Gebäude leicht herauszufinden, welche Materialien verbaut wurden und somit welcher Emissionsgrad an welcher Stelle des Modells eingestellt werden muss.
Um den Suchraum zur Berechnung der Transformationsvorschrift zu definieren oder zu begrenzen, kann vorgesehen sein, dass die Transformationsvorschrift wenigstens eine Verschiebung, Rotation, Skalierung und/oder Homografie beschreibt/beschreiben, die wenigstens einen variablen Parameter aufweist/aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass der variable Parameter bzw. die variablen Parameter in einem Optimierungsverfahren optimiert werden können, um die optimale Transformationsvorschrift zu berechnen.
Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung eines Zahlenwertes für wenigstens einen Parameter der Transformationsvorschrift eingerichtet ist, wobei für den Zahlenwert eine optimale Übereinstimmung des abgebildeten Messobjektes und/oder der Punktwolke mit dem abgeleiteten 2D- oder 3D-Modell vorliegt. Bevorzugt werden Zahlenwerte für Parameterfelder ermittelt.
Mit der berechneten Transformationsvorschrift sind die Daten des ortsauflösenden Messergebnisses auf das CAD-Modell bzw. die daraus abgeleiteten 2D- oder 3D-Modelle projizierbar, was eine Vielfalt von Analyse- und Darstellungsmöglichkeiten ermöglicht.
Für viele Anwendungen ist es günstig, wenn die Aufnahmeeinrichtung als Handgerät ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Handhabbarkeit nochmals verbessert ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit als vorzugsweise transportabler Computer ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Computer, beispielsweise ein PC, Laptop, Netbook oder dergleichen, beispielsweise mit der Aufnahmeeinrichtung bei Bedarf verbindbar ist.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben, ist jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale der Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des Ausführungsbeispiels.
Es zeigt:
1: eine Prinzipsskizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens mit einem dreidimensionalen Messobjekt,
2. eine Prinzipsskizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens mit einem zweidimensionalen Messobjekt und
3. die Komponenten einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit in einer schematisierten Darstellung.
1 und 2 zeigen stark vereinfachte Prinzipdarstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens. Dieses Auswerteverfahren wird in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer in 3 gezeigten, im Ganzen mit 1 bezeichneten Auswerteeinheit ausgeführt. Die 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens ist ein ortsauflösendes Messergebnis 2, welches als ein Bild 3 bereitgestellt wird. Das Bild 3 wurde zuvor in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich – im Ausführungsbeispiel ist dies ein infraroter Spektralbereich – aufgenommen und zeigt ein Messobjekt 4.
1 zeigt den Fall eines dreidimensionalen Messobjektes 4,
2 den Fall eines zweidimensionalen Messobjektes 4.
Dieses ortsauflösende Messergebnis 2 wurde mit einer Aufnahmeeinrichtung 5 – im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist dies eine Wärmebildkamera – aufgenommen und an einem Dateneingang 6 der Auswerteeinheit 1 bereitgestellt.
Die Aufnahmeeinrichtung 5 kann Teil der Auswerteeinheit 1 sein oder von der Auswerteeinheit 1 separat ausgebildet sein.
Der Dateneingang 6 ist zur Übermittlung des ortsauflösenden Messergebnisses mit der Aufnahmeeinrichtung 5 über eine drahtgebundene Datenleitung 7 oder eine nicht weiter dargestellte, drahtlose Datenverbindung verbunden.
In einer Datenverarbeitungseinrichtung 8, beispielsweise einem PC, einem Notebook oder dergleichen, ist wenigstens ein CAD-Modell 9 hinterlegt, aus welchem in der Datenverarbeitungseinrichtung 8 zur Auswertung des ortsauflösenden Messergebnisses 2 ein 3D-Modell 10 und/oder ein 2D-Modell 11, computerimplementiert automatisch abgeleitet wird/werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung 8 kann auch in die Aufnahmeeinrichtung 5 integriert sein.
1 zeigt den Fall, dass aus dem CAD-Modell 9 ein 3D-Modell 10 abgeleitet wird, während 2 den Fall zeigt, dass aus dem CAD-Modell 9 ein 2D-Modell 11 abgeleitet wird.
Um diese Modelle 10, 11 aus dem CAD-Modell 9 ableiten zu können, ist die Datenverarbeitungseinrichtung 8 entsprechend eingerichtet, insbesondere programmiert.
Die Datenverarbeitungseinheit 8 ist weiter so eingerichtet, also programmiert, dass eine Transformationsvorschrift 12 computerimplementiert und damit automatisch ermittelbar ist, mit welcher Bildpunkte 13 des Bildes 3 zu Punkten 14 des 3D-Modells 10 bzw. 2D-Modells 11 derart zuordenbar sind, dass die Bildpunkte 13 in die Punkte 14 überführbar sind.
Hierzu ist die Datenverarbeitungseinrichtung 8 so eingerichtet, dass aus dem Bild 3 eine Punktwolke 15 automatisch berechenbar ist, welche das jeweilige Messobjekt 4 in einem dreidimensionalen (1) bzw. zweidimensionalen (2) Raum darstellt oder zumindest zur Weiterverarbeitung bereitstellt.
Mit der bereits erwähnten Transformationsvorschrift 12 ist diese berechnete Punktwolke 15 in das jeweilige Modell, das 3D-Modell 10 in 1 bzw. das 2D-Modell 11 in 2, überführbar.
In der Datenverarbeitungseinheit 8 sind Werkzeuge der digitalen Bildverarbeitung hinterlegt, mit denen eine Merkmalsanalyse des Bildes 4 durchführbar ist, um Strukturen zu erkennen und die Punktwolke 15 abzuleiten.
Im Ergebnis dieser Merkmalsanalyse ist somit eine Zuordnungsfunktion 16 definiert, welche die Bildpunkte 13 des Bildes 4 auf die Punktwolke 15 abbildet bzw. überführt.
Durch Kombination oder Verkettung der Zuordnungsfunktion 16 mit der Transferfunktion 12 ist somit eine Abbildung von Bildpunkten 13 auf Punkte 14 des abgeleiteten Modells 10, 11 bildbar.
Die Transformationsvorschrift 12 wird in der Datenverarbeitungseinrichtung 8 in einem Optimierungsverfahren derart berechnet, dass sich eine optimale Übereinstimmung zwischen der mit der Transformationsvorschrift 12 abgebildeten Punktwolke 15 einerseits und einem aus dem CAD-Modell 9 abgeleiteten 3D-Modell 10 bzw. 2D-Modell 11 ergibt.
Im Rahmen dieses Optimierungsverfahrens werden aus dem CAD-Modell 9 mehrere 2D-Modelle 11 bzw. 3D-Modelle 10 abgeleitet, die beispielsweise unterschiedliche Ansichten des CAD-Modells 9 darstellen können. Das Optimierungsverfahren in der Datenverarbeitungseinrichtung 8 wählt dann dasjenige 2D-Modell 11 bzw. 3D-Modell 10 aus, für welches sich eine Transformationsvorschrift 12 mit der besten Übereinstimmung berechnen lässt.
Das erwähnte Optimierungsverfahren verwendet zur Optimierung eine Transformationsvorschrift 12, die aus verschiedenen Rotationen, Skalierungen und Homografien zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Teiltransformationen jeweils wenigstens einen variablen Parameter aufweisen, welcher in dem Optimierungsverfahren variiert wird. Es ist somit ein Parameterfeld definiert, welches einen Suchraum für die Optimierung festlegt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird nur eine Untermenge der genannten Teiltransformationen verwendet, um den Suchraum für das Optimierungsverfahren weiter einzuschränken.
In dem Optimierungsverfahren in der Datenverarbeitungseinrichtung 8 wird die Transformationsvorschrift 12 sodann in einen Registrierungsverfahren ermittelt, welches einen iterative closest point-Algorithmus realisiert.
Die Auswerteeinrichtung 1, im Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Aufnahmeeinrichtung 5, weist eine Abstands- oder Positionsmesseinrichtung 17 auf, mit welcher ein Abstand 18 zwischen dem Messobjekt 4 und der Aufnahmeeinrichtung 5, also ein Aufnahmeabstand, oder eine Position des Messobjektes 4 zum Zeitpunkt der Aufnahme messbar ist.
Die mit der Abstands- oder Positionsmesseinrichtung 17 gemessene Abstands- oder Positionsinformation wird gemeinsam mit dem ortsauflösendem Messergebnis 2 am Dateneingang 6 der Datenverarbeitungseinrichtung 8 zur Weiterverarbeitung bereitgestellt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist diese Abstands- oder Positionsinformation ebenfalls ortsauflösend gewonnen und gibt so eine räumliche Form oder Struktur des Messobjektes 4 wieder.
Mit dieser zusätzlichen Abstands- oder Positionsinformation kann die Datenverarbeitungseinrichtung 8 aufgrund ihrer Programmierung eine Punktwolke 15 in einem dreidimensionalen Raum automatisch berechnen. Diese Punktwolke 15 ist mit einem 3D-Modell 10 registrierbar und wird mit diesem registriert, um die Transformationsvorschrift 12 zu berechnen.
Es sei noch erwähnt, dass die Aufnahmeeinrichtung 5 in an sich bekannter Weise einen nicht weiter dargestellten Detektor 19 aufweist, welcher hinter einer Aufnahmeöffnung 20 der Aufnahmeeinrichtung 5 angeordnet ist, um in dem nicht-sichtbaren Spektralbereich Strahlung von dem Messobjekt 4 zu erfassen. Durch den Detektor 19 ist einen Pixelanordnung von Pixeln definiert, welche die Bildpunkte 13 des Messobjektes 4 und der Umgebung des Messobjektes 4 in dem Bild 3 definiert. Hierdurch werden auch die Bildpunkte oder Elemente der Punktwolke 15 vorgegeben.
In der Datenverarbeitungseinrichtung 8 ist eine Datenbank 21 eingerichtet, in welcher zu dem CAD-Modell 9 Stoffeigenschaften des Messobjektes 4 bereitgestellt sind. Diese Stoffeigenschaften beschreiben Strahlungseigenschaften des Messobjektes 4. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3, bei welchem elektromagnetische Strahlung in einem IR-Spektralbereich erfasst wird und bei welchem als Bild 3 ein Thermogram erstellt wird, sind als Stoffeigenschaften Emissions-, Reflexions- und Transmissionskoeffizienten hinterlegt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind nur einige der genannten Stoffeigenschaften oder andere Stoffeigenschaften hinterlegt.
Diese Stoffeigenschaften sind ortsabhängig in dem Sinne hinterlegt, dass sie für die einzelnen Elemente oder Punkte des CAD-Modells 9 jeweils voneinander abweichende Werte annehmen können, um das Messobjekt 4 realistisch in seine physikalischen Stoffeigenschaften und Strahlungseigenschaften zu beschreiben. Die Stoffeigenschaften werden mit einer Ausleseeinheit 26 ausgelesen und den Bildpunkten 13 oder den Punkten 15 angeordnet.
Durch die bereits beschriebene Ableitung des 3D-Modells 10 bzw. 2D-Modells 11 aus dem CAD-Modell 9 ist jeweils eine Zuordnungsfunktion 22 definiert, mit welcher Punkte 14 und – unter Verwendung der Transformationsvorschrift 12 und der Zuordnungsfunktion 16 – Bildpunkte 13 den Einzelheiten des jeweiligen CAD-Modells 9 zugeordnet werden können.
Somit können die hinterlegten Stoffeigenschaften für die einzelnen Bildpunkte 13 ausgelesen werden.
Die ausgelesene Stoffeigenschaft kann anschließend dazu verwendet werden, das ortsauflösende Messergebnis 2 und die Messwerte zu korrigieren. Beispielsweise kann auf diese Weise ein ortsauflösender oder blobaler Emissionskoeffizient oder Reflexionskoeffizient oder auch Transmissionskoeffizient berücksichtigt werden, der für das Messobjekt 4 von einer Voreinstellung abweicht. Hierzu ist in der Datenverarbeitungseinrichtung 8 eine Messwertkorrektureinheit 25 eingerichtet. Das korrigierte Messergebnis 2 wird an einem Display 24 ausgegeben.
In der Datenverarbeitungseinrichtung 8 ist ein physikalisches Modell ausführbar hinterlegt, mit welchem ein physikalischer Prozess simulierbar ist, welcher an dem Messobjekt 4 abläuft.
Beispielsweise ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 ein Wärmeleitungsprozess moduliert.
Das physikalische Modell weist wenigstens einen einstellbaren Parameter auf, mit welchem unterschiedliche Bedingungen simulierbar sind, unter denen der physikalische Prozess ablaufen soll.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dieser einstellbare Parameter ein ortsabhängiger Wärmeleitwert oder ein ortsabhängiger Wärmewiderstand. Zusätzlich sind weitere einstellbare Parameter definiert, welche den physikalischen Prozess in dem physikalischen Modell abbilden und beschreiben.
Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, bei einem Gebäude als Messobjekt 4 herauszufinden, welche Materialien verbaut wurden. Alternativ ist es auch möglich, die Strahlungseigenschaften der verbauten Materialien bei einer Korrektur des ortsauflösenden Messergebnisses zu verwenden, indem die zugehörigen Emissions-, Reflexions- und oder Transmissionskoeffizienten bzw. -grade an den jeweiligen Stellen des CAD-Modells 9 zur Nachbearbeitung des Bildes 3 eingestellt werden. Mit den Zuordnungsfunktionen 16, 22 und der Transformationsvorschrift 12 ist es auch möglich, in der Datenverarbeitungseinrichtung 8 das CAD-Modell 9 mit den aufgenommenen Bildern 3 derart auszukleiden, dass eine virtuelle Begehung oder Besichtigung des Messobjektes 4 mit einer Darstellung des ortsauflösenden Messergebnisses 2 mit Hilfe der Datenverarbeitungseinrichtung 8 möglich ist. Dies wird an einem Display 24 der Datenverarbeitungseinrichtung 8 oder der Auswerteeinheit 1 entsprechend angezeigt.
Die Aufnahmeeinrichtung 5 ist zur kontinuierlichen und wiederkehrenden Aufnahme von Bildern 3 ausgebildet und eingerichtet und erstellt somit einen Datenstrom von ortsauflösenden Messergebnissen 2. Die Datenverarbeitungseinrichtung 8 arbeitet zeitlich parallel, beispielsweise synchronisiert mit dem Eingang neuer ortsauflösender Messergebnisse 2 im Datenstrom über die Datenleitung 7, das beschriebene Auswerteverfahren ab, so dass die Transformationsvorschriften 12 in Echtzeit zu den eingehenden ortsauflösenden Messergebnissen 2 ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann das CAD-Modell 9 oder die abgeleiteten Modelle 10, 11 mit aktualisierten Messdaten aus dem ortsauflösendem Messergebnis 2 ausgekleidet werden.
Bei dem Auswerteverfahren für ein ortsauflösendes Messergebnis 2, welches durch Aufnahme eines Bildes 3 in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich von einem Messobjekt 4 erstellt wurde, wird vorgeschlagen, die Messwerte des ortsauflösenden Messergebnisses 2 mit einer automatisch ermittelten Transformationsvorschrift 12 einem CAD-Modell 9 und/oder einem aus dem CAD-Modell 9 abgeleiteten 2D- oder 3D-Modell 10, 11 zuzuordnen.

Claims

Auswerteverfahren für ein ortsauflösendes Messergebnis (2), wobei das ortsauflösende Messergebnis (2) in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich von einem Messobjekt (4) als wenigstens ein Bild (3) aufgenommen oder bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von einem CAD-Modell (9) des Messobjektes (4) ein 2D- oder SD-Modell (10, 11) automatisch abgeleitet wird und dass eine Transformationsvorschrift (12) automatisch ermittelt wird, mit welcher Bildpunkte (13), die dem Messobjekt (4) zugeordnet sind, in Punkte des 2D- oder 3D-Modells (10, 11) überführbar sind.
Auswerteverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem wenigstens einen Bild (3) eine Punktwolke (15) in einem zwei- oder dreidimensionalen Raum automatisch berechnet wird, welche das Messobjekt (4) darstellt, und/oder dass mit der Transformationsvorschrift (12) die Punktwolke (15) in das 2D- oder SD-Modell (10, 11) überführbar ist.
Auswerteverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktwolke (15) durch eine Merkmalsanalyse des wenigstens einen Bildes (3) automatisch berechnet wird und/oder dass die Transformationsvorschrift (2) in einem Registrierungsverfahren, insbesondere mit einem iterative closest point-Algorithmus, ermittelt wird und/oder dass aus dem CAD-Modell (9) ein 2D-Modell (11) automatisch abgeleitet wird, für welches eine optimale Übereinstimmung mit dem Messergebnis (2) feststellbar ist.
Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelnen oder allen Bildpunkten (13) des wenigstens einen Bildes (3) jeweils wenigstens eine individuelle Abstands- oder Positionsinformation zugeordnet wird, welche den Abstand (18) oder die Position eines zu dem jeweiligen Bildpunkt (13) korrespondierenden Oberflächenbereichs (23) des Messobjektes (4) in Bezug auf eine Aufnahmeeinrichtung (5) zum Zeitpunkt des Bildaufnahmevorgangs repräsentiert, und/oder dass die Abstands- oder Positionsinformation zur Berechnung der Punktwolke (15) in einem dreidimensionalen Raum verwendet wird.
Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem CAD-Modell (9) vorzugsweise ortsabhängige Stoffeigenschaften des Messobjektes (4) bereitgestellt werden, welche wenigstens eine Strahlungseigenschaft des Messobjektes (4) in dem Spektralbereich beschreiben, und/oder dass die in dem CAD-Modell (9) bereitgestellten Stoffeigenschaften zur automatischen Korrektur der Messwerte des Messergebnisses (2) verwendet werden und/oder dass die Transformationsvorschrift (12) verwendet wird, um eine zu einem dem Messobjekt (4) zugeordneten Bildpunkt (13) bereitgestellte Stoffeigenschaft aus dem CAD-Modell (9) auszulesen.
Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektralbereich im IR-Spektralbereich liegt und/oder dass als Stoffeigenschaft ein Emissions-, Reflexions- und/oder Transmissionskoeffizient hinterlegt wird/werden und/oder dass als Messergebnis (2) ein Thermogramm erstellt wird und/oder dass ein physikalisches Modell eines an oder in dem Messobjekt (4) ablaufenden physikalischen Prozesses bereitgestellt wird, wobei das physikalische Modell wenigstens einen einstellbaren Parameter aufweist, und/oder dass aus dem vorzugsweise korrigierten Messergebnis (2) wenigstens ein Zahlenwert für den Parameter abgeleitet wird und/oder dass als physikalischer Prozess ein Wärmeleitungsprozess modelliert wird und dass als einstellbarer Parameter ein vorzugsweise ortsabhängiger Wärmeleitwert oder Wärmewiderstandswert verwendet wird.
Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Transformationsvorschrift (12) wenigstens eine Verschiebung, Rotation, Skalierung und/oder Homografie verwendet wird, die vorzugsweise wenigstens einen variablen Parameter aufweist/aufweisen, und/oder dass die Transformationsvorschrift (12) zeitlich parallel zur Aufnahme oder Bereitstellung eines nächsten ortsauflösenden Messergebnisses (2) ermittelt wird.
Auswerteeinrichtung (1), mit einem Dateneingang (6) zur Eingabe eines ortsauflösenden Messergebnisses (2), wobei das ortsauflösende Messergebnis (2) in einem nicht-sichbaren Spektralbereich von einem Messobjekt (4) als wenigstens ein Bild (3) aufgenommen oder bereitgestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Datenverarbeitungseinheit (8) wenigstens ein CAD-Modell (9) hinterlegt ist, dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Verarbeitung des CAD-Modells (9) eingerichtet ist, dass mit der Datenverarbeitungseinheit (8) aus dem CAD-Modell (9) wenigstens ein 2D- oder 3D-Modell (10, 11) ableitbar ist und dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Ermittlung einer Transformationsvorschrift (12) eingerichtet ist, mit welcher dem Messobjekt (3) zugeordnete Bildpunkte (13) in Punkte des 2D- oder 3D-Modells (10, 11) überführbar sind.
Auswerteeinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Berechnung einer Punktwolke (15) in einem zwei- oder dreidimensionalen Raum, welche das Messobjekt (4) darstellt, aus dem wenigstens einen Bild (3) eingerichtet ist und/oder dass mit der Transformationenvorschrift (12) die Punktwolke (15) in das 2D- oder 3D-Modell (10, 11) überführbar ist und/oder dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Merkmalsanalyse des wenigstens einen Bildes (3) zur Berechnung der Punktwolke (15) eingerichtet ist.
Auswerteeinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dateneingang (6) an eine Aufnahmeeinrichtung (5) angeschlossen ist, welche einen in dem Spektralbereich empfindlichen Detektor (19) aufweist, wobei durch den Detektor (19) eine Pixelanordnung von Pixeln definiert ist, welche Bildpunkte (13) des Messobjektes (4) und/oder der Punktwolke (15) vorgibt, und/oder dass zu einzelnen oder allen Bildpunkten (13) des Bildes (3) jeweils wenigstens eine zugeordnete individuelle Abstands- oder Positionsinformation bereitgestellt ist, welche den Abstand (18) oder die Position eines dem jeweiligen Bildpunkt (13) korrespondierenden Oberflächenbereichs (23) des Messobjektes (4) in Bezug auf die Aufnahmevorrichtung (5) zum Zeitpunkt des Bildaufnahmevorgangs repräsentiert.
Auswerteeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (8) zur Berechnung einer Punktwolke (15) in einem dreidimensionalen Raum aus dem wenigstens einen Bild (3) und der zugeordneten Abstands- oder Positionsinformation eingerichtet ist und/oder dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Registrierung des Messergebnisses (2) mit dem 2D- oder 3D-Modell (10, 11) eingerichtet ist.
Auswerteeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem CAD-Modell (9) vorzugsweise ortsabhängige Stoffeigenschaften des Messobjektes (4) hinterlegt sind, welche wenigstens eine Strahlungseigenschaft des Messobjektes (4) in dem Spektralbereich beschreiben, und/oder dass eine Messwertkorrektureinheit (25) zur automatischen Korrektur der Messwerte des Messergebnisses (2) unter Verwendung der in dem CAD-Modell (9) bereitgestellten Stoffeigenschaften eingerichtet ist.
Auswerteeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausleseeinheit (26) ausgebildet und zum Auslesen der zu einem Bildpunkt (13) des Messobjektes (4) bereitgestellten Stoffeigenschaft aus dem CAD-Modell (9) mittels der Transformationsvorschrift (12) eingerichtet ist und/oder dass der Detektor (19) im IR-Spektralbereich sensitiv ausgebildet ist und/oder dass die Aufnahmeeinheit (5) zur Erstellung eines Thermogramms als Messergebnis (2) ausgebildet ist und/oder dass als Stoffeigenschaft ein Emissions-, Reflexions- und/oder Transmissionskoeffizient hinterlegt ist/sind.
Auswerteeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenverarbeitungseinheit (8) ein physikalisches Modell eines an oder in dem Messobjekt (4) ablaufenden physikalischen Prozesses bereitgestellt oder definiert ist, wobei das physikalische Modell wenigstens einen einstellbaren Parameter aufweist, und/oder dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Ableitung wenigstens eines Zahlenwertes für den Parameter aus dem vorzugsweise korrigierten Messergebnis (2) eingerichtet ist und/oder dass in der Datenverarbeitungseinheit (8) als physikalischer Prozess ein Wärmeleitungsprozess modelliert ist und dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Berechnung eines vorzugsweise ortsabhängigen Wärmeleitwertes oder Wärmewiderstandes als einstellbarer Parameter eingerichtet ist.
Auswerteeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsvorschrift (12) wenigstens eine Verschiebung, Rotation, Skalierung und/oder Homografie beschreibt/beschreiben, die wenigstens einen variablen Parameter aufweist/aufweisen, und/oder dass die Datenverarbeitungseinheit (8) zur Berechnung eines Zahlenwertes für einen Parameter der Transformationsvorschrift (12) eingerichtet ist, wobei für den Zahlenwert eine optimale Übereinstimmung des abgebildeten Messobjektes (4) und/oder der Punktwolke (15) mit dem abgeleiteten 2D- oder 3D-Modell (10, 11) vorliegt, und/oder dass die Aufnahmeeinrichtung (5) als Handgerät ausgebildet ist und/oder dass die Datenverarbeitungseinheit (8) als vorzugsweise transportabler Computer ausgebildet ist.