DE102012017878B3

DE102012017878B3 - Verfahren zur automatisierten Mengenermittlung von beliebig großen Holzpoltern mittels eines Fotohandys

Info

Publication number: DE102012017878B3
Application number: DE201210017878
Authority: DE
Inventors: Michael Scheller; Jörg Voskamp; Enrico Gutzeit; Steffen Mader
Original assignee: Scheller Systemtechnik GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Scheller Systemtechnik GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-09-12

Abstract

Verfahren zur automatisierten Mengenermittlung von beliebig grollen Holzpoltern, Stapel von Holzstämmen gleicher Länge, mittels eines mobilfunkfähigen Fotohandys oder Tablets.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur automatisierten Mengenermittlung von beliebig großen Industrieholzpoltern mittels eines Fotohandys oder Tablets.
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Mengenermittlung beliebig großer Industrieholzpolter (Stämme gleicher Länge) mit einem Fotohandy oder Tablet (Fotoapparat mit angeschlossener Datenübertragung), für das es, neben den Fotoaufnahmen und der Erfassung von Begleitinformationen, keiner weiteren Auswerteaktivität bedarf.
Zur Vermessung von Industrieholzpoltern sind nach dem Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt, die von der manuellen Vermessung der Polter, Bestimmung der Polterlänge und abschnittsweiser Höhenermittlung, über das Fotografieren der Polter mit Referenzmaßstäben bis hin zur Poltervermessung über Videoaufnahmen mit einem Stereokamerasystem reichen.
Nachteil der üblichen manuellen Poltervermessung ist die schlechte Nachprüfbarkeit der Dokumentation der Poltervermessung.
Die Anwendung von Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung geometrischer Größen ist im Stand der Technik für verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten, so auch zur Mengenermittlung von Holzpoltern bekannt.
Nach DE 100 31 410 B4 ist ein Verfahren zur Mengenermittlung von Industrieholzsortimenten bekannt, bei dem ein Maßstab an einer Stirnfläche des Polters angebracht wird und mit einer Digitalkamera senkrecht zum Polter fotografiert wird. Nach anschließender Übertragung der Bilder auf eine Auswerteeinheit erfolgt die Mengenermittlung über eine umfangreiche Auswertung der Durchmesser und Anzahl der Stämme am PC Arbeitsplatz im Büro.
Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Größe des zu vermessenden Polters durch die maximale Auflösung der Fotokamera (Pixelanzahl) und die Größe des anzubringenden Maßstabes natürlich begrenzt ist. Ein weiterer Nachteil ist der erforderliche Aufwand zur manuellen Nachbearbeitung und Auswertung der Bilder am PC.
Nach WO 2005/080949 A1 ist ein System zur Bewertung von Industrieholz bekannt, bei dem mit einer auf einem Fahrzeug fest montierten Kamera sowie eine im Fahrzeug befindlichen Auswerteeinheit ein markierter (Landmark) Industrieholzpolter langsam abgefahren und aus den Videoaufnahmen die Bewertung und Mengenermittlung des Industrieholzes vor Ort durchgeführt wird. Anstelle des Landmarks ist eine fest montierte zweite Kamera als Stereo-System auf dem Fahrzeug auch nach dem Stand der Technik möglich.
Nachteil dieser Systeme ist die aufwendige montierte Technik auf dem Fahrzeug die überwiegend nur für große Polter wirtschaftlich betreibbar ist sowie die Einsatzbedingungen, welche durch die erforderlichen Fahrzeuggassen begrenzt sind.
Nach DE 10 2007 039 077 A1 ist ein System und Verfahren zur photogrammetrischen Vermessung von geometrisch unregelmäßigen Objekten bekannt. Dabei werden Signalmarken auf der Oberfläche eines Objekts angebracht, die sich durch Farbgebung und Form vom Hintergrund abheben. Mit dem zweidimensionalen Barcode der Markierungen können Nummerierungen von Bildern gespeichert werden, die sich dann überlappend zu einem Gesamtbild zusammensetzen lassen, mit dem sich die Form des unregelmäßigen Objekts ermitteln lässt.
Dieses Verfahren ist für die Mengenermittlung von Holzpoltern jedoch nur zum Teil dahingehend geeignet, dass mit den Signalmarken nur einen Ebene und die Zusammensetzung von Einzelbildern zu einem Gesamtbild ermöglicht wird, das Erkennen von Holzstämmen und Nicht-Holzstämmen auf den Bildern jedoch durch weitere, in dieser Erfindung beschriebene Verfahren erfolgt.
In der Druckschrift DE 20 2012 009 846 U1 ist eine Methode offenbart, in der ein flexibler Referenzmaßstab oder ein Referenzkörper bei der Vermessung von in Poltern liegenden Stämmen zum Einsatz kommen. Es können mehrere Abschnittsaufnahmen des Polters vorgenommen werden, die dann in einer Analyse mittels eines mitgebrachten Laptops zusammengefügt werden. Über den Referenzkörper, der kugelförmig gewählt wird, werden mittels Pixelanzahlvergleich von Referenzkörper und Stirnflächen der Stämme die Durchmesser der Stirnflächen berechnet, wobei der Referenzkörper nur von einem Standpunkt aus aufgenommen werden muss. Bei der Nutzung eines Referenzmaßstabes repräsentiert dieser eine gewisse Pixelanzahl.
Es ist als nachteilig zu erachten, dass neben einer Kamera zusätzlich ein Referenzmaßstab oder ein Referenzkörper sowie ein Laptop an den Einsatzort verbracht werden müssen. Die vergleichsweise teure Technik verhindert jedoch nicht, dass Ungenauigkeiten der Stirnflächenberechnungen insbesondere in den Randbereichen von Aufnahmen die ermittelten Werte beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein photogrammetrisches Verfahren zur Mengenermittlung von Industrieholzpoltern anzugeben, das mit einer leichten und einfach zu handhabenden Ausrüstung für beliebig große Industrieholzpolter anwendbar ist sowie eine automatisierte Auswertung liefert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Kurzdarstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Damit es gelingt, die Holzpoltervermessung mit einem Fotohandy oder Tablet, also einem digitalen Fotoapparat mit unterstützendem Bediencomputer und angeschlossener Datenübertragung, durchzuführen, sind für diesen zunächst auf einem Kalibrierungstisch (1, Kalibrierungstisch) Fotolinsenparameter, die die Charakteristik der konkreten Linse beschreiben, zu ermitteln und abzuspeichern.
Für die Mengenermittlung eines Holzpolters werden an diesem zunächst mindestens zwei Marker (MP) mit einem PIN (P) (1) in einem bestimmten Abstand und unterschiedlicher Höhe senkrecht zum Holzpolter befestigt.
Der Abstand der Marker ist dabei so zu wählen, dass die Marker innerhalb eines Fadenkreuzbereiches des Fotohandys (3) liegen. Werden die Marker von dem Bilderkennungsverfahren auf dem Fotohandy richtig erkannt, ist die Aufnahme möglich. Danach werden weitere Polterabschnitte analog erfasst, bis der Holzpolter komplett aufgenommen wurde (4).
Die Marker verfügen über unterschiedliche digitale Muster. Die Fotoaufnahmen sind dabei so auszuführen, dass immer ein Marker des vorangegangenen Bildes und ein neuer Marker mit anderem digitalen Muster auf dem Folgebild erfasst werden. (4).
Zusätzlich zu den Fotoaufnahmen erlaubt das Verfahren die manuelle Erfassung beliebiger weiterer Informationen, wie bspw. Länge der Baumstämme, Baumart, etc. über das Fotohandy.
Diese werden anschließend zusammen mit den Einzelbildern drahtlos auf einen Bildverarbeitungsserver (BV-Pipeline) (5) übertragen.
In einem Stitching genannten Verfahren werden dort die Einzelbilder anhand der Marker und den Kalibrierungsdaten des Fotohandys zu einem Gesamtbild zusammengesetzt.
Anschließend wird eine Muster- und Farberkennungsroutine dahingehend angelernt, dass sie die Flächen zwischen den Marker (Holzstämme) und die Flächen der Einzelbilder außerhalb des Fadenkreuzbereiches (keine Holzstämme) voneinander unterscheiden kann.
Die angelernte Muster- und Farberkennung wird anschließend auf das gesamte Bild angewendet um so die einzelnen Holzstämme sowie deren Stirnflächen zu ermitteln.
Aus den Zusatzangaben, wie Länge des Polters, werden so die kompletten Polterdaten, wie das Volumen in Festmetern, die Stammanzahl, die Starkeklassenverteilung, die Raummeter sowie die Polterposition ermittelt, auf dem Server gespeichert sowie an das Handy drahtlos zurück übertragen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt den Kalibrierungstisch (KT), mit dessen Hilfe die Kalibrierung der Fotohandys (FH) nach den spezifischen Linsenparametern erfolgt. Dazu wird ein Schachbrettmuster in 4 verschiedenen Winkeln des Handys aufgenommen und abgespeichert. Dazu befindet sich unter der Schachbrettvorlage eine Kugel, die das Kippen des Musters entsprechend ermöglicht. Anschließend erfolgt dies analog mit einer Graukartenvorlage.
Damit jedes Fotohandy (FH) gleichermaßen kalibriert wird, befindet sich auf dem Kalibrierungstische eine Stativvorrichtung zum Fixieren des Fotohandys (FH) sowie eine Tageslichtlampe, die eine definierte Lichtmenge liefert.
Figur zeigt des Weiteren den PIN (P) und die Marker (MP) welche über ein Kugelgelenk am PIN (P) miteinander verbunden und vertikal zum Holzpolter (HP) ausgerichtet werden.
2 zeigt einen Holzpolter (MP) im Wald, an dem bereits zwei Marker (MP) anforderungsgerecht befestigt wurden und auf dem eine Person mit einem Fotohandy (FH) den Polterabschnitt mit den zwei Markern (MP) fotografiert.
3 zeigt dabei die Sicht der Person auf das Fotohandy (FH), auf dem ein Fadenkreuz mit den darin sichtbaren Markern (MP). Werden diese mit dem Mustererkennungsverfahren auf dem Fotohandy (FH) erkannt, kann die Aufnahme erfolgen. Damit ist sichergestellt, dass das Bild später in der Bildverarbeitung auch für die Mengenermittlung herangezogen wird.
4 zeigt die Abschnitte der Bildverarbeitung, bei denen aus den einzelnen Polterabschnittsbildern (PA1 bis PA4) ein Poltergesamtbild (PG) erstellt wird und aus dem nach Muster- und Farberkennung ein berechnetes Polterbild (PB) entsteht, auf dem die Hüllkurven sowie die einzelnen berechneten Stämme und deren Stammflächen sowie die Markerpositionen dargestellt sind. In dieser Figur werden die einzelnen Marker mit den speziellen digitalen Mustern mit MP1 bis MP5 bezeichnet. Daraus ist ersichtlich, dass in den einzelnen Polterabschnittsbildern je ein bereits erfasster Marker im Folgebild wieder erfasst wird usw., bis der Holzpolter (HP) komplett erfasst wurde.
An den überlappenden Marker (MP2 bis MP4) ist die Schnittkante der Einzelbilder auf dem Poltergesamtbild (PG) abgebildet.
5 zeigt das Prinzipschaltbild des Bildverarbeitungsservers, auf dem das Fotohandy (FH) mit einem Android-Betriebssystem die aufgenommenen Polterdaten (Bilder und Begleitinformationen) über eine http/Rest Schnittstelle auf einen AFoRS Server überträgt, der diese Daten anforderungsgerecht an eine AFoRS BV-Pipeline weitereicht. In der AFoRS-BV-Pipeline erfolgt die Bildverarbeitung bis zum vorliegen der Mengenergebnisse, die dann wieder an den AFoRS-Server und von diesem zurück auf das Fotohandy (FH) übertragen werden. Die Messdaten werden Nutzerbezogen in einer Datenbank gespeichert.

Claims

Verfahren zur automatisierten Mengenermittlung von beliebig großen Holzpoltern, Stapel von Holzstämmen gleicher Länge, mittels eines mobilfunkfähigen Fotohandys oder Tablets, nachfolgend Fotohandy genannt, dadurch gekennzeichnet, dass – für das zu verwendende Fotohandy (FH) zunächst Linsenkalibrierparameter für vier mögliche Fotoachsen mittels eines Kalibrierungstischs (KT) ermittelt werden, – mindestens zwei Markierungsplatten, Marker genannt (MP), mit zweidimensionalem Barcode einer bestimmten Größe und eines bestimmten Inhalts und mit einem bestimmten Abstand voneinander in zum Holzpolter (HP) vertikaler Ausrichtung mit je einem Pin (P) befestigt werden, der auf der einen Seite einfach in das Holz einzudrücken ist und auf der gegenüberliegenden Seite über ein Kugelgelenk die vertikale Markerausrichtung ermöglicht, – die Abbildung eines Polterabschnitts (PA1..n) mit dem Fotohandy (FH) derart erfolgt, dass zwei Marker (MP) innerhalb eines Fadenkreuzbereiches (FK) auf dem Fotohandy (FH) durch ein Bilderkennungsverfahren erkannt werden, – die Abbildung eines weiteren Polterabschnittes (PA2) derart erfolgt, dass ein weiterer Marker (MP) und ein bereits erfasster Marker innerhalb des Fadenkreuzbereiches (FK) des Fotohandys (FH) erkannt werden und so viele Abbildungen weiterer Polterabschnitte (PA) in der beschriebenen Form erfolgen, bis der Holzpolter (HP) abschnittsweise komplett aufgenommen wurde und – Holzlänge und weitere beliebige Zusatzinformationen auf dem Fotohandy (FH) erfasst und mit den Abschnittsbildern (PA1..n) des Holzpolters (HP) drahtlos auf einen Bildverarbeitungsserver (AFoRS-BVPipeline) übertragen und auf diesem zur automatisierten Mengenermittlung der Holzpolter (HP) ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fotohandy (FH) nur dann Abbildungen erstellt, wenn das Bilderkennungsverfahren auf dem Fotohandy (FH) zwei Marker (MP) anforderungsgerecht im Fadenkreuz (FK) des Fotohandys (FH) erkannt hat.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Bildverarbeitungsserver (BV-Pipeline) mittels Stitching die Abschnittsbilder (PA1..n) entlang der überlappenden Marker (MP) zu einem Polter-Gesamtbild (PG) zusammengesetzt werden und anhand der Markergröße und der Linsenkorrekturparameter eine einheitliche Bildgrößenkalibrierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Anlernverfahren mit Muster- und Farberkennung, bei dem davon ausgegangen wird, das innerhalb der Fläche zwischen den Markern (MP) eindeutig Holz, und außerhalb des Fadenkreuzbereiches kein Holz zu finden ist, Stammholzflächen auf dem Gesamtbild des Holzpolters (HP), erkannt werden und ein berechnetes Polterbild (PB) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Stammholzflächen und der erfassten Holzlänge das Volumen in Festmetern, die Stammanzahl, die Stärkeklassenverteilung sowie aus einer Hüllkurve des berechneten Polterbildes (PB) die Raummeter ermittelt werden und diese Ergebnisse drahtlos auf das Fotohandy (FH) übertragen werden.