DE102013106345A1 - Object detection system and examination device for visual disturbances - Google Patents

Object detection system and examination device for visual disturbances Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objekterfassungssystem (1) zum Erfassen der Position und/oder der Orientierung eines Objektes (2) in einem Raum (3) mit einer Rechnereinheit, einer mit dieser zur Übertragung von Bilddaten verbundenen Kamera (4) und zumindest einem von der Kamera (4) beabstandeten Referenzelement (5), wobei die Rechnereinheit derart ausgebildet ist, dass sie das Referenzelement (5) automatisch im Kamerabild (8) der Kamera (4) erkennt und mittels eines Algorithmus die Position des Objektes (2) in einem Raumkoordinatensystem berechnet. Erfindungsgemäß ist die Kamera (4) objektfest und das Referenzelement (5) raumfest ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung eine Untersuchungsanordung für Sehstörungen mit einem derartigen Objekterfassungssystem.The invention relates to an object detection system (1) for detecting the position and / or the orientation of an object (2) in a room (3) with a computer unit, a camera (4) connected to this for the transmission of image data and at least one from the camera (4) spaced reference element (5), the computer unit being designed such that it automatically recognizes the reference element (5) in the camera image (8) of the camera (4) and uses an algorithm to calculate the position of the object (2) in a spatial coordinate system . According to the invention, the camera (4) is fixed to the object and the reference element (5) is fixed in space. The invention further relates to an examination arrangement for visual disorders with such an object detection system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objekterfassungssystem zum Erfassen der Position und/oder der Orientierung eines Objektes in einem Raum mit einer Rechnereinheit, einer mit dieser zur Übertragung von Bilddaten verbundenen Kamera und zumindest einem von der Kamera beabstandeten Referenzelement, wobei die Rechnereinheit derart ausgebildet ist, dass sie das Referenzelement automatisch im Kamerabild der Kamera erkennt und mittels eines Algorithmus die Position und/oder Orientierung des Objektes in einem Raumkoordinatensystem berechnet. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Untersuchungsanordnung für Sehstörungen, insbesondere Strabismus, mit einer Tangententafel und einem Mittel zur Messung und automatischen Auswertung der Augenposition und/oder -orientierung gegenüber der Tangententafel. The present invention relates to an object detection system for detecting the position and / or orientation of an object in a room with a computer unit, a camera connected thereto for transmitting image data and at least one reference element spaced from the camera, wherein the computer unit is designed such that it automatically recognizes the reference element in the camera image of the camera and calculates the position and / or orientation of the object in a spatial coordinate system by means of an algorithm. Furthermore, the present invention relates to an examination arrangement for visual disturbances, in particular strabismus, with a tangent board and a means for measuring and automatic evaluation of the eye position and / or orientation relative to the tangent board.

Die automatische Erkennung von Objekten in einem definierten Raum stellt insbesondere bei Virtual Reality- und Augmented Reality-Anwendungen eine wichtige Voraussetzung zur realitätsbezogenen Informationsdarstellung da. Hierbei wird über ein Objekterfassungssystem, das in der Fachsprache als Tracking-System bezeichnet wird, die Position und/oder die Orientierung des Objektes im Raum automatisch ermittelt. Hierbei kann die Bewegung oder aber auch nur die statische Position und Orientierung des Objektes, insbesondere des Kopfes oder anderer Körperteile, wie beispielsweise der Hand, automatisch vom Tracking-System erfasst werden. Aktuelle Tracking-Systeme haben eine Reihe von Nachteilen. So sind diese häufig nicht präzise genug, ermöglichen nur einen geringen Interaktionsradius und/oder sind in der Anschaffung sehr teuer, so dass ihnen der Masseneinsatz verwehrt ist. The automatic detection of objects in a defined space is an important prerequisite for reality-based information presentation, especially in the case of virtual reality and augmented reality applications. In this case, the position and / or the orientation of the object in space is automatically determined via an object detection system, which is referred to in technical jargon as a tracking system. In this case, the movement or even only the static position and orientation of the object, in particular the head or other body parts, such as the hand, are automatically detected by the tracking system. Current tracking systems have a number of disadvantages. Thus, these are often not precise enough, allow only a small radius of interaction and / or are very expensive to purchase, so they are denied the mass use.

Ein Objekterfassungssystem zum Erfassen der Position und Orientierung eines Menschen in einem Raum ist beispielsweise aus der US 2011/0025852 A1 bekannt. Hierbei sind mehrere Bewegungserfassungskameras voneinander beabstandet derart angeordnet, dass sie einen Bewegungsraum, in dem sich die zu erfassende Person frei bewegen kann, definieren. Der Mensch, dessen Bewegung erfasst werden soll, ist mit mehreren Markern versehen. Die Marker sind somit mit dem Objekt fest verbunden. Im Gegensatz dazu sind die Bewegungserfassungskameras statisch bzw. raumfest ausgebildet. Die mit dem Objekt fest verbundenen Marker werden von den Kameras automatisch im jeweiligen Kamerabild erkannt und deren Position von einer Rechnereinheit in einem Raumkoordinatensystem berechnet. Derartige Objekterfassungssysteme haben den Nachteil, dass sie für eine ausreichend hohe Erfassungsgenauigkeit viele, in der Anschaffung sehr teure Bewegungserfassungskameras benötigen. Infolgedessen sind diese Objekterfassungssysteme sehr teuer. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei diesen Systemen der Interaktionsradius, d. h. der Raum, in dem sich das Objekt frei bewegen kann, nur relativ klein gewählt werden kann. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass für einen größeren Interaktionsraum auch mehrere Kameras benötigt werden würden, was aufgrund der hohen Anschaffungskosten der Bewegungserfassungskameras jedoch nur bis zu einem geringen Maß möglich ist. Des Weiteren verschlechtert sich die Präzision des Objekterfassungssystems mit größerer Entfernung der Kameras vom zu erfassenden Objekt derart stark, dass diese Systeme nur in einem relativ geringen Interaktionsraum eingesetzt werden können. An object detection system for detecting the position and orientation of a person in a room is, for example, from US 2011/0025852 A1 known. Here, a plurality of motion detection cameras are spaced from each other arranged so that they define a movement space in which the person to be detected can move freely. The human being whose movement is to be detected is provided with several markers. The markers are thus firmly connected to the object. In contrast, the motion detection cameras are static or space fixed. The markers permanently connected to the object are automatically detected by the cameras in the respective camera image and their position calculated by a computer unit in a spatial coordinate system. Such object detection systems have the disadvantage that they require many, in the acquisition very expensive motion detection cameras for a sufficiently high detection accuracy. As a result, these object detection systems are very expensive. Another disadvantage is that in these systems, the interaction radius, ie the space in which the object can move freely, can only be chosen relatively small. This is due in particular to the fact that several cameras would also be required for a larger interaction space, which is only possible to a small extent due to the high acquisition costs of the motion detection cameras. Furthermore, the precision of the object detection system with the greater distance of the cameras from the object to be detected deteriorates so much that these systems can be used only in a relatively small interaction space.

Aus der EP 0 940 117 B1 ist ein Verfahren und eine Anlage zum Durchführen von Seh-Untersuchungen, insbesondere bei Strabismus, bekannt. Hierbei werden Projektions-Einrichtungen, Seheindruck-Geber, Fixier- und Zeigeobjekte, Tangententafeln sowie elektronische und computerunterstützte Mess- und Auswertemittel, mit Überwachung der Kopf- und/oder Augapfel-Position, verwendet. Somit kann auf einer Darstellungsfläche rechnergesteuert eine virtuelle Tangententafel erzeugt werden, zu der koordinatenbezogene Seheindrücke freisichtig dargeboten werden. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Systeme zur Erfassung der Kopfposition genügen jedoch den hohen Anforderungen bezüglich der Erkennungsgenauigkeit und der geringen Anschaffungskosten nicht. From the EP 0 940 117 B1 there is known a method and apparatus for performing visual examinations, especially strabismus. In this case, projection devices, visual impression encoders, fixation and pointing objects, Tangententafeln and electronic and computer-aided measuring and evaluation means, with monitoring of the head and / or eyeball position used. Thus, a virtual Tangententafel can be generated on a display area computer-controlled to the coordinate-related visual impressions are freely presented. However, the systems used in this context for detecting the head position do not meet the high requirements in terms of recognition accuracy and low acquisition costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Objekterfassungssystem zum Erfassen der Position und/oder der Orientierung eines Objektes in einem Raum zu schaffen, mittels dem die oben genannten Nachteile beseitigt werden können. Des Weiteren besteht die Aufgabe darin, eine Untersuchungsanordnung für Sehstörungen, insbesondere Strabismus, mit einem solchen Objekterfassungssystem zur Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile zu schaffen. The object of the present invention is therefore to provide an object detection system for detecting the position and / or orientation of an object in a room, by means of which the above-mentioned disadvantages can be eliminated. Furthermore, the object is to provide an examination arrangement for visual disturbances, in particular strabismus, with such an object detection system for eliminating the aforementioned disadvantages.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Objekterfassungssystem und einer Untersuchungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. The object is achieved by an object detection system and an examination arrangement having the features of the independent patent claims.

Erfindungsgemäß weist das Objekterfassungssystem zum Erfassen der Position und/oder der Orientierung eines Objektes in einem Raum eine Rechnereinheit, eine mit dieser zur Übertragung von Bilddaten verbundene Kamera und zumindest ein von der Kamera beabstandetes Referenzelement auf. Das zu erfassende Objekt ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise der Kopf und/oder die Hand eines Menschen, die bei gängigen Objekterfassungsanwendungen eine wesentliche Rolle spielen. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diese Objekte beschränkt. So eignet sich das vorliegende Objekterfassungssystem für jegliche Objektart, insbesondere zur Erfassung zusätzlicher oder anderer Körperteile, des gesamten Körpers oder aber auch von ferngesteuerten Objekten, wie beispielsweise flug-, schwimm-, und/oder fahrfähigen Modellvehikeln. Die Kamera ist vorzugsweise kabellos, insbesondere über Funk oder Bluetooth, und/oder kabel- bzw. leitergebunden mit der Rechnereinheit verbunden. Die Rechnereinheit kann von der Kamera beabstandet am Objekt anbringbar sein und sich somit mit diesem mitbewegen. Alternativ kann diese aber auch statisch an einem festen Ort, insbesondere im Raum, angeordnet sein. Um die Objekterfassungsgeschwindigkeit zu erhöhen ist es ferner vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen der Kamera und der Rechnereinheit möglichst gering gehalten wird. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die Kamera und Rechnereinheit als ein Bauelement ausgebildet sind, insbesondere eine als Chip ausgebildete Einheit bilden. According to the invention, the object detection system for detecting the position and / or the orientation of an object in a room has a computer unit, a camera connected to it for the transmission of image data, and at least one reference element spaced from the camera. The object to be detected in this context is preferably the head and / or the hand of a human being, which play an essential role in common object detection applications. Of course, the invention is not on limited to these objects. Thus, the present object detection system is suitable for any type of object, in particular for detecting additional or other parts of the body, of the entire body or else also of remotely controlled objects, such as, for example, flying, floating, and / or mobile model vehicles. The camera is preferably wireless, in particular via radio or Bluetooth, and / or wired or wire connected to the computer unit. The computer unit can be attached to the object at a distance from the camera and thus move with it. Alternatively, this can also be arranged statically at a fixed location, in particular in the room. In order to increase the object detection speed, it is also advantageous if the distance between the camera and the computer unit is kept as low as possible. For this purpose, it is advantageous if the camera and computer unit are designed as a component, in particular form a unit formed as a chip.

Die Rechnereinheit ist derart ausgebildet, dass sie das Referenzelement automatisch im Kamerabild der Kamera erkennt und mittels eines Algorithmus die Position und/oder die Orientierung des Objektes in einem Raumkoordinatensystem berechnet. Erfindungsgemäß ist die Kamera objektfest und das Referenzelement raumfest ausgebildet. Infolgedessen ist nicht, wie bei dem aus der US 2011/0025852 A1 bekannten System, eine Vielzahl von teuren Kameras notwendig, um in einem definierten Bewegungsraum die exakte Position und/oder die Orientierung des Objektes zu ermitteln, sondern es kann auf eine im Vergleich dazu geringe Kameraanzahl reduziert werden. Hierdurch kann das Objekterfassungssystem sehr kostengünstig ausgebildet werden, da die Referenzelemente im Vergleich zur Kamera sehr viel günstiger in der Anschaffung sind. Vorzugsweise weist das Objekterfassungssystem mehr Referenzelemente als Kameras auf, wobei es auch mit einer einzigen Kamera auskommen kann. The computer unit is designed such that it automatically recognizes the reference element in the camera image of the camera and calculates the position and / or the orientation of the object in a spatial coordinate system by means of an algorithm. According to the invention, the camera is fixed to the object and the reference element is designed to be fixed in space. As a result, it is not like the one from the US 2011/0025852 A1 known system, a variety of expensive cameras necessary to determine the exact position and / or orientation of the object in a defined range of motion, but it can be reduced to a small compared to the number of cameras. As a result, the object detection system can be made very cost-effective, since the reference elements are much cheaper to purchase compared to the camera. Preferably, the object detection system has more reference elements than cameras, although it can also manage with a single camera.

Ein wesentlicher Nachteil bestehender Systeme ist deren Positionsbestimmungsungenauigkeit, die mit größerer Entfernung zwischen Referenzelement und Kamera zunimmt. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass das Grundprinzip derartiger Objekterfassungssysteme auf der Erkennung und Auswertung der perspektivischen Verzerrung der Referenzelemente, insbesondere der eckigen Marker, im Kamerabild basiert. Diese perspektivische Verzerrung ist von der Kamera und/oder der Rechnereinheit auf größere Entfernungen nicht mehr zuverlässig erfassbar, wodurch sich die Genauigkeit des Objekterfassungssystems stark verschlechtert. Diese Probleme können gelöst werden, wenn die Rechnereinheit erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ zur perspektivischen Verzerrung mittels zumindest zweier sich schneidender Fasskreisbogens die Position des Objektes im Raumkoordinatensystem berechnet. A major disadvantage of existing systems is their positional inaccuracies, which increases with greater distance between the reference element and the camera. This is due in particular to the fact that the basic principle of such object detection systems is based on the recognition and evaluation of the perspective distortion of the reference elements, in particular the angular markers, in the camera image. This perspective distortion can no longer reliably be detected by the camera and / or the computer unit over greater distances, as a result of which the accuracy of the object detection system greatly deteriorates. These problems can be solved if the computer unit calculates the position of the object in the spatial coordinate system according to the invention additionally or alternatively to the perspective distortion by means of at least two intersecting barrel circle arcs.

Vorzugsweise berechnet die Rechnereinheit hierbei die Schnittpunkte zumindest zweier, insbesondere zumindest dreier, sich schneidender Fasskreisbögen. Diese zumindest zwei Fasskreisbögen können vorzugsweise in derselben Raumebene oder in unterschiedlichen, zueinander geneigten Raumebenen liegen. In this case, the computer unit preferably calculates the points of intersection of at least two, in particular at least three, barrel arcs that intersect. These at least two barrel arcs may preferably lie in the same spatial plane or in different, mutually inclined spatial planes.

Mit dem geometrischen Begriff „Fasskreisbogen“ wird ein Kreisbogen über eine Strecke bezeichnet, von dem aus diese Strecke immer unter demselben Winkel erscheint. Die Strecke bildet demnach eine Sehne des zu einem geschlossenen Kreis vervollständigten Fasskreisbogens. Der Winkel, unter dem diese Sehne bzw. Strecke von allen Punkten des Fasskreisbogens aus gesehen wird, wird als Umfangswinkel bezeichnet. Ein Spezialfall des Fasskreisbogens stellt der Thales-Halbkreis dar, bei dem der Umfangswinkel 90 ° beträgt und die Sehne den Durchmesser des vervollständigten Kreises bildet. Infolgedessen befindet sich bei der Positionsermittlung eines Objektes mittels zumindest eines Fasskreisbogens das zu erfassende Objekt bzw. die an diesem angeordnete Kamera an einem der den Fasskreisbogen bildenden Punkte, von denen aus eine von einem ersten bis zu einem zweiten Referenzelement erstreckende Strecke unter einem Sehwinkel der Kamera erfasst wird. Vorzugsweise befindet sich das Objekt somit bei der Verwendung zumindest eines Fasskreisbogens auf dem Fasskreisbogen, so dass die Möglichkeit der in Frage kommenden Positionen im Raum eingeschränkt sind. The geometric term "barrel arc" refers to a circular arc over a stretch from which this stretch always appears at the same angle. The line thus forms a chord of the barrel circle arc completed to a closed circle. The angle at which this string is viewed from all points of the barrel arc is called the circumference angle. A special case of the barrel arc is the Thales semicircle, in which the circumferential angle is 90 ° and the chord forms the diameter of the completed circle. As a result, when determining the position of an object by means of at least one barrel arc, the object to be detected or the camera arranged thereon is located at one of the points forming the barrel arc, from which a distance extending from a first to a second reference element is below a viewing angle of the camera is detected. Preferably, the object is thus on the use of at least one barrel arc on the barrel arc, so that the possibility of the positions in question are limited in space.

Vorteilhaft ist es, wenn das Objekterfassungssystem mehrere raumfeste und zueinander, insbesondere in x-, y- und/oder z-Richtung des Raumkoordinatensystems, beabstandete Referenzelemente umfasst. Hierdurch kann ein besonders großer Raum, in dem sich das Objekt frei bewegen kann, ausgebildet werden. Des Weiteren kann die Erkennungsgenauigkeit des Objekterfassungssystems verbessert werden. It is advantageous if the object detection system comprises a plurality of spatially fixed reference elements spaced apart from one another, in particular in the x, y and / or z direction of the spatial coordinate system. This allows a particularly large space in which the object can move freely, are formed. Furthermore, the recognition accuracy of the object detection system can be improved.

Zum Erfassen der Position des Objektes im Raum ist es vorteilhaft, wenn die Position zumindest eines der Referenzelemente im Raumkoordinatensystem und/oder dessen Realabstand zu zumindest einem anderen Referenzelement in einem Speicher der Rechnereinheit abgespeichert ist. Zusätzlich oder alternativ ist es ebenso vorteilhaft, wenn die Position zumindest eines dieser Referenzelemente im Raumkoordinatensystem und/oder dessen Realabstand zu einem oder mehreren anderen Referenzelementen, insbesondere zu einem benachbarten, von der Rechnereinheit selbstständig mess- und/oder berechenbar ist. Vorteilhafterweise können die Referenzelemente somit sehr schnell und aufwandsarm, d.h. ohne dass der Benutzer auf eine exakte Positionierung der Referenzelemente im Raum achten muss, im Raum angebracht werden. For detecting the position of the object in space, it is advantageous if the position of at least one of the reference elements in the spatial coordinate system and / or its real distance to at least one other reference element is stored in a memory of the computer unit. Additionally or alternatively, it is also advantageous if the position of at least one of these reference elements in the spatial coordinate system and / or its real distance to one or more other reference elements, in particular to an adjacent, independently by the computer unit can be measured and / or calculated. Advantageously, the reference elements can thus very quickly and with little effort, ie without the user having to pay attention to an exact positioning of the reference elements in the room, they are placed in the room.

Um einen Bezug zwischen der realen Umgebung und der virtuellen Umgebung der Rechnereinheit herstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Rechnereinheit derart ausgebildet ist, dass sie mittels einer Vielzahl von Referenzelementen ein virtuelles, insbesondere dreidimensionales Raummodell erstellt und/oder im Speicher abspeichert. In order to establish a relationship between the real environment and the virtual environment of the computer unit, it is advantageous if the computer unit is designed such that it creates a virtual, in particular three-dimensional space model by means of a plurality of reference elements and / or stores in the memory.

Die Rechnereinheit berechnet die jeweiligen Fasskreisbogen anhand von bekannten Eingangsdaten, nämlich anhand des bekannten Realabstandes eines ersten und eines zweiten Referenzelementes und/oder eines Sehwinkels, unter dem diese Strecke vom Objekt gesehen wird. Hierbei bildet der Realabstand der beiden sich auf dem Fasskreisbogen befindenden Referenzelemente eine Sehne des Fasskreisbogens bzw. des Fasskreises. Der Sehwinkel, unter dem diese Sehne aus der zu berechnenden Objektposition gesehen wird, bildet den Umfangswinkel des Fasskreisbogens. Hierdurch ist vorteilhafterweise die Position des zu erfassenden Objektes auf die den Fasskreisbogen bildenden Positionen reduziert. The computer unit calculates the respective barrel arc on the basis of known input data, namely on the basis of the known real distance of a first and a second reference element and / or a visual angle, under which this distance is seen from the object. In this case, the real distance of the two reference elements located on the barrel arc forms a chord of the barrel arc or of the barrel circle. The visual angle under which this tendon is seen from the object position to be calculated forms the circumferential angle of the barrel arc. As a result, the position of the object to be detected is advantageously reduced to the positions forming the barrel arc.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Rechnereinheit derart ausgebildet, dass sie den Sehwinkel selbstständig zu berechnen vermag. Vorteilhafterweise ermittelt die Rechnereinheit hierfür den kürzesten, insbesondere den horizontalen und/oder vertikalen, Pixelabstand zwischen den beiden Referenzelementen aus dem Kamerabild und/oder berechnet den Sehwinkel mittels des der Rechnereinheit bekannten, vorzugsweise im Speicher hinterlegten, Kameraobjektivwinkels. Der Sehwinkel, unter dem die Sehne aus der zu berechnenden Objektposition gesehen wird, kann somit sehr schnell und einfach aus dem gemessenen Pixelabstand und dem der Rechnereinheit bekannten Kameraobjektivwinkel bestimmt werden. In a further advantageous embodiment of the invention, the computer unit is designed such that it is able to calculate the visual angle independently. Advantageously, the computer unit determines the shortest, in particular the horizontal and / or vertical, pixel spacing between the two reference elements from the camera image and / or calculates the visual angle by means of the camera lens angle known to the computer unit, preferably stored in memory. The viewing angle at which the tendon is seen from the object position to be calculated can thus be determined very quickly and simply from the measured pixel pitch and the camera lens angle known to the computer unit.

Zur Positionsbestimmung im dreidimensionalen Raum ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Fasskreisbögen in unterschiedlichen und zueinander geneigten Raumebenen des Raumkoordinatensystems liegen. For position determination in three-dimensional space, it is advantageous if at least two barrel arcs lie in different and mutually inclined spatial planes of the spatial coordinate system.

Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn die Rechnereinheit zumindest zwei sich schneidende Tori, insbesondere Spindeltori, ausbildet, die jeweils aus einer Vielzahl von Fasskreisbögen gebildet sind. Ein Torus ist ein geometrischer Körper, der dadurch gebildet wird, dass ein Kreis um eine Drehachse, die mit dem Kreis in derselben Ebene liegt, rotiert wird. Der Spindeltorus stellt einen Sonderfall dar. Hierbei liegt die Drehachse innerhalb des zu rotierenden Kreises. Die Drehachse stellt demnach eine Sehne des Kreises dar. Zur Ausbildung des Torus bildet somit der Fasskreis bzw. der Fasskreisbogen den zu rotierenden Kreis bzw. Kreisbogen und die Sehne des Fasskreises bzw. des Fasskreisbogens die Rotationsachse. Die Oberfläche des Torus, insbesondere Spindeltorus, bildet somit die Summe aller Punkte von denen aus die Sehne bzw. der Realabstand zwischen den beiden Referenzelementen im dreidimensionalen Raum unter demselben Sehwinkel erscheint. In this regard, it is also advantageous if the computer unit forms at least two intersecting tori, in particular spindle tori, which are each formed from a plurality of barrel arcs. A torus is a geometric body that is formed by rotating a circle around a rotation axis that is in the same plane as the circle. The spindle torus represents a special case. In this case, the axis of rotation lies within the circle to be rotated. The axis of rotation thus represents a chord of the circle. Thus, to form the torus, the barrel circle or the barrel arc forms the circle or arc to be rotated and the chord of the barrel circle or the barrel arc the axis of rotation. The surface of the torus, in particular spindle torus, thus forms the sum of all points from which the chord or the real distance between the two reference elements in three-dimensional space appears at the same visual angle.

Vorteilhafterweise sind somit die den jeweiligen Spindeltorus bildenden Fasskreisbögen mittels der beiden gleichen Referenzelemente gebildet, so dass alle diese – den jeweiligen Torus bildenden – Fasskreisbögen den gleichen Realabstand und gleichen Sehwinkel aufweisen, bzw. Punkte beinhalten, von denen aus betrachtet die Strecke zwischen den beiden Referenzelementen unter dem gleichen Sehwinkel erscheint. Advantageously, therefore, the barrel arches forming the respective spindle arches are formed by means of the two same reference elements, so that all of these - the respective torus forming - barrel arcs have the same real distance and the same angle of vision, or include points, from which viewed the distance between the two reference elements appears under the same angle of vision.

Zur Bestimmung der Objektposition bzw. der Kameraposition im Raum ist es vorteilhaft, wenn die Rechnereinheit zumindest einige der Schnittpunkte der sich schneidenden Fasskreisbögen und/oder Tori ermittelt und/oder aus diesen Schnittpunkten den einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt berechnet, dessen Position im Raumkoordinatensystem der Position der Kamera im Raum entspricht. Vorzugsweise weisen diesen einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt alle diejenigen Fasskreisbögen auf, die in einer das Objekt aufweisenden Raumebene des Raumkoordinatensystems liegen. Infolgedessen reicht es zur Positionsbestimmung im zweidimensionalen Raum aus, zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei in dieser Raumebene liegende Fasskreisbögen zu verwenden. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn diesen einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt alle gebildeten Tori, vorzugsweise zumindest zwei, besonders bevorzugt zumindest drei, aufweisen. In order to determine the object position or the camera position in space, it is advantageous if the computer unit determines at least some of the intersections of the intersecting barrel arcs and / or tori and / or calculates a single common intersection point from these intersection points whose position in the spatial coordinate system matches the position of the interpolation point Camera in the room corresponds. Preferably, these have a single common point of intersection all those Fassbogenbögen which lie in a space having the object of the spatial coordinate system. As a result, it suffices to determine the position in two-dimensional space, to use at least two, preferably at least three barrel arcs lying in this spatial plane. Additionally or alternatively, it is advantageous if these have a single common point of intersection all tori formed, preferably at least two, more preferably at least three.

Vorteilhaft ist es, wenn die Fasskreisbögen den gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen, dessen Position im Raumkoordinatensystem der Position der Kamera im Raum entspricht. Die Rechnereinheit ist derart ausgebildet, dass sie diesen gemeinsamen Schnittpunkt ermitteln kann. Die Rechnereinheit kann dann über die ihr bekannte Relativposition des Objektes zur Kamera auf die exakte Objektposition im Raum rückschließen. It is advantageous if the barrel arcs have the common point of intersection whose position in the spatial coordinate system corresponds to the position of the camera in space. The computer unit is designed such that it can determine this common point of intersection. The computer unit can then infer the known relative position of the object to the camera to the exact object position in the room.

Zum weiteren Einschränken der exakten Objektposition im Raumkoordinatensystem ist es vorteilhaft, wenn die Rechnereinheit, insbesondere zur Bestimmung der ersten und zweiten Koordinate des Objektes im Raumkoordinatensystem, den gemeinsamen Schnittpunkt zumindest zweier, vorzugsweise zumindest dreier, Fasskreisbögen ermittelt. Vorzugsweise liegen diese Fasskreisbögen in einer ersten das Objet aufweisenden und/oder gemeinsamen Raumebene. For further restricting the exact object position in the spatial coordinate system, it is advantageous if the computer unit, in particular for determining the first and second coordinates of the object in the spatial coordinate system, determines the common intersection of at least two, preferably at least three, drum arcs. Preferably, these Fassbogenbögen lie in one first the objet having and / or common room level.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest drei Referenzelemente zueinander derart im Raum angeordnet sind, dass die hierdurch gebildeten Sehnen der von der Rechnereinheit berechneten Fasskreisbögen zueinander koaxial ausgerichtet sind. Zusätzlich oder alternativ können die Sehnen der Fasskreisbögen voneinander beabstandet sein oder sich zumindest teilweise überlappen. It is advantageous if at least three reference elements are arranged relative to one another in space so that the chords of the drum arches formed thereby are aligned coaxially with each other. Additionally or alternatively, the chords of the barrel arcs may be spaced or at least partially overlapped.

Zur weiteren Einschränkung der möglichen Objektpositionen im Raumkoordinatensystem ist es vorteilhaft, wenn die Rechnereinheit, insbesondere zur Bestimmung der dritten Koordinate des Objektes im Raumkoordinatensystem, den einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt zwischen den in der ersten Raumebene liegenden Fasskreisbögen mit zumindest einem in einer zweiten das Objekt aufweisenden Raumebene des Raumkoordinatensystems liegenden Fasskreisbogen ermittelt. Zusätzlich oder alternativ kann die Rechnereinheit hierfür aber auch den gemeinsamen Schnittpunkt zumindest zweier, insbesondere zumindest dreier, in der zweiten Raumebene liegender Fasskreisbögen ermitteln. Die zweite Raumebene ist vorzugsweise zur ersten Raumebene geneigt, insbesondere zu dieser orthogonal, ausgerichtet. To further restrict the possible object positions in the spatial coordinate system, it is advantageous if the computer unit, in particular for determining the third coordinate of the object in the spatial coordinate system, a single common intersection between the Fassbogenbögen lying in the first space level with at least one in a second object having the spatial plane determined by the spatial coordinate system Fassbogenbogen determined. Additionally or alternatively, however, the computer unit can also determine the common point of intersection of at least two, in particular at least three, barrel arcs lying in the second spatial plane. The second spatial plane is preferably inclined to the first spatial plane, in particular to this orthogonal aligned.

Die Genauigkeit des Objekterfassungssystems kann zusätzlich verbessert werden, wenn die Rechnereinheit zur Bestimmung der Objektposition eine Vielzahl ermittelter Schnittpunkte miteinander abgleicht und/oder die Objektposition im Raum bzw. den einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt zwischen allen Fasskreisbögen anhand einer Häufigkeitsverteilung, vorzugsweise innerhalb eines Toleranzbereiches, bestimmt. The accuracy of the object detection system can be further improved if the computer unit for determining the object position compares a plurality of determined intersections and / or determines the object position in space or a single common intersection between all Fassbogenbögen based on a frequency distribution, preferably within a tolerance range.

Zur schnellen und unkomplizierten Inbetriebnahme des Objekterfassungssystems ist es vorteilhaft, wenn die Kamera mittels einer Halterung lösbar mit dem Objekt, insbesondere einem Kopf oder einer Hand eines Menschen, in einer zu dem Objekt fixen Position befestigbar ist. For quick and uncomplicated commissioning of the object detection system, it is advantageous if the camera by means of a holder releasably with the object, in particular a head or a hand of a human being, in a fixed position to the object is fastened.

Vorteilhaft ist es, wenn das Objekterfassungssystem mehrere, insbesondere vier, in unterschiedliche Richtungen ausgerichtete, insbesondere jeweils zueinander um 90° versetzte, Kameras aufweist. Hierdurch kann die Genauigkeit des Objekterfassungssystems verbessert werden, da von den Kameras mehrere Referenzelemente gleichzeitig erfasst werden können und infolgedessen von der Rechnereinheit mehrere Fasskreisbögen erstellt und deren Schnittpunkte bestimmt werden können. It is advantageous if the object detection system has a plurality of cameras, in particular four, aligned in different directions, in particular offset by 90 ° relative to each other. As a result, the accuracy of the object detection system can be improved, as several reference elements can be detected simultaneously by the cameras and, as a result, the computer unit can create several barrel arcs and determine their points of intersection.

Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Objekterfassungssystem einen mit der Halterung verbundenen Beschleunigungssensor aufweist. Mit diesem können Minimalbewegungen des Objektes sensiert werden, die von der Kamera nicht erfassbar sind, so dass die Genauigkeit des Objekterfassungssystems verbessert werden kann. Additionally or alternatively, it is advantageous if the object detection system has an acceleration sensor connected to the holder. With this minimal movements of the object can be sensed, which are not detectable by the camera, so that the accuracy of the object detection system can be improved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Halterung ein kopfbasiertes Blickerfassungssystem zur Ermittlung der Position zumindest eines Auges und/oder der Blickrichtung einer Person in Bezug zu dessen Umgebung. Infolgedessen liegt ein Hybridsystem vor, das das Objekterfassungssystem und das Blickerfassungssystem umfasst. Vorzugsweise ist hierbei die Kamera des Objekterfassungssystems als eine Feldkamera des Blickerfassungssystems ausgebildet. Das Blickerfassungssystem umfasst eine Augenkamera mittels der das Auge eines Benutzers unmittelbar und/oder mittelbar, insbesondere über einen halbtransparenten Spiegel, erfassbar ist. Die Feldkamera ist in Blickrichtung des Objektes, d.h. des Benutzers, ausgerichtet und zeichnet demnach das Blickfeld der Person auf. Die von der Augenkamera und der Feldkamera erfassten Videobilder werden miteinander verrechnet, so dass der exakte Ort bestimmt werden kann, auf den die Person blickt. In an advantageous development of the invention, the holder is a head-based vision system for determining the position of at least one eye and / or the viewing direction of a person in relation to its surroundings. As a result, there is a hybrid system including the object detection system and the gaze detection system. In this case, the camera of the object detection system is preferably designed as a field camera of the gaze detection system. The gaze detection system comprises an eye camera by means of which the eye of a user can be detected directly and / or indirectly, in particular via a semitransparent mirror. The field camera is in the direction of the object, i. of the user, and therefore records the field of view of the person. The video images captured by the eye and field cameras are billed together to determine the exact location the person is looking at.

Der Rechenaufwand der Rechnereinheit kann reduziert werden, wenn zumindest drei Referenzelemente zueinander in einer, vorzugsweise zum Raum horizontalen und/oder vertikalen, Reihe angeordnet sind und/oder eine standardisierte Größe aufweisen. Des Weiteren kann hierdurch die Fehleranfälligkeit des Objekterfassungssystems reduziert werden. The computational complexity of the computer unit can be reduced if at least three reference elements are arranged relative to one another in a row, preferably horizontal and / or vertical, and / or have a standardized size. Furthermore, this can reduce the error rate of the object detection system.

Vorteilhafterweise ist das Referenzelement ein im Raum, insbesondere an einer Raumwand und/oder einem Raumgegenstand, anbringbarer Marker. Der Marker weist vorzugsweise ein Muster auf, so dass dieser von der Rechnereinheit eindeutig identifizierbar und/oder dessen Orientierung gegenüber der Kamera erfassbar ist. Vorteilhafterweise kann somit auf die Orientierung des Objektes im Raumkoordinatensystem rückgeschlossen werden, wenn der Rechnereinheit die Orientierung des Markers im Raum bekannt ist. Advantageously, the reference element is a markable in space, in particular on a room wall and / or a space object, attachable. The marker preferably has a pattern, so that it can be clearly identified by the computer unit and / or its orientation relative to the camera can be detected. Advantageously, it is thus possible to deduce the orientation of the object in the spatial coordinate system if the computer unit knows the orientation of the marker in space.

Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Referenzelement ein sich bereits im Raum befindender Raumgegenstand, insbesondere eine Wand, eine Tür, ein Fenster, ein Möbelstück und/oder eine Bandenwerbung, ist. Additionally or alternatively, it is advantageous if the reference element is a spatial object already in the room, in particular a wall, a door, a window, a piece of furniture and / or a strip advertising.

Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso vorteilhaft, wenn das Referenzelement als ein Teil dieser anbringbaren Marker und/oder dieser sich im Raum befindender Raumgegenstände ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Referenzelement ein Referenzpunkt oder weist mehrere Referenzpunkte auf. Dieser Referenzpunkt kann beispielsweise die Ecke und/oder der Mittelpunkt eines Markers oder Raumgegenstandes sein. Ein quadratischer Marker würde somit beispielsweise fünf Referenzpunkte aufweisen. Alternatively or additionally, it is also advantageous if the reference element is designed as a part of these attachable markers and / or these space objects located in space. Preferably, the reference element is a reference point or has a plurality of reference points. This reference point can be, for example, the corner and / or the center of a marker or spatial object. A square marker would thus have, for example, five reference points.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ermittelt die Rechnereinheit die, vorzugsweise im Wesentlichen vertikal und/oder horizontal ausgerichteten, Kanten des Markers oder des Raumgegenstandes. Unter der Begrifflichkeit „Kante“ ist nicht zwingend das kantige Ende eines Markers oder Raumgegenstandes zu verstehen, sondern vielmehr eine von der Kamera im Kamerabild erfassbare Kante definiert, die vorzugsweise als geradlinige Kontur von der Rechnereinheit identifizierbar ist. Anschließend kann die Rechnereinheit über die erfassten Kanten die Eckpunkte ermitteln, die letztendlich die Referenzpunkte zur Bestimmung der Objektposition bilden. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the computer unit determines the, preferably substantially vertically and / or horizontally aligned, edges of the marker or the space object. The term "edge" is not necessarily the edged end of a marker or spatial object to understand, but rather defined by the camera in the camera image detectable edge, which is preferably identifiable as a rectilinear contour of the computer unit. Subsequently, the computer unit can determine the corner points via the detected edges, which ultimately form the reference points for determining the object position.

Vorteilhafterweise weist ein Marker und/oder Raumgegenstand mehrere voneinander, insbesondere horizontal und/oder vertikal, beabstandete Referenzelemente auf. Um zumindest drei Fasskreisbögen in einer Raumebene erstellen zu können, benötigt die Rechnereinheit vorteilhafterweise somit lediglich minimal zwei, insbesondere als Rechtecke oder Quadrate, ausgebildete Marker. Advantageously, a marker and / or spatial object has a plurality of reference elements spaced apart from one another, in particular horizontally and / or vertically. In order to be able to create at least three barrel arcs in one spatial plane, the computer unit advantageously thus requires only a minimum of two markers, in particular rectangles or squares.

Um den Rechenaufwand für die Rechnereinheit reduzieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Rechnereinheit die Größe und/oder den Realabstand zwischen den Referenzelementen kennt. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn diese Realabstände und/oder Realgrößen standardisiert sind und in einem Speicher des Objekterfassungssystems abgespeichert sind. In order to be able to reduce the computational outlay for the computer unit, it is advantageous if the computer unit knows the size and / or the real distance between the reference elements. For this purpose, it is advantageous if these real distances and / or real variables are standardized and stored in a memory of the object detection system.

Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Referenzelemente, insbesondere mehrere Marker, auf einer im Raum anbringbaren Tapete und/oder auf einem ab- und/oder aufrollbaren Band angeordnet sind, die vorzugsweise voneinander in Längsrichtung der Tapete und/oder des Bandes, insbesondere äquidistant und/oder zum jeweils benachbarten Referenzelement in einem der Rechnereinheit bekannten Realabstand beabstandet sind. It is advantageous if a plurality of reference elements, in particular a plurality of markers, are arranged on a wallpaper which can be applied in the room and / or on a detachable and / or roll-up strip which is preferably mutually longitudinally of the wallpaper and / or the strip, in particular equidistant and / or or are spaced to the respective adjacent reference element in one of the computer unit known real distance.

Zum schnellen Anbringen von Referenzelementen im Raum ist es vorteilhaft, wenn das Band als Klebeband ausgebildet ist. Alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Band zum Ab- und Aufrollen um eine Längsachse eines Gehäuses drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. For quick attachment of reference elements in space, it is advantageous if the tape is designed as an adhesive tape. Alternatively, it is advantageous if the tape is rotatably mounted in the housing for unwinding and rolling about a longitudinal axis of a housing.

Zur Ausbildung eines Referenzelementgeheges, das denjenigen Raum definiert, in dem sich das Objekt frei bewegen kann, ist es vorteilhaft, wenn das Band im Bereich seines freien Endes mit einem weiteren Band und/oder Gehäuse lösbar verbindbar ist. In order to form a reference element enclosure which defines the space in which the object can move freely, it is advantageous if the band can be detachably connected in the region of its free end to a further band and / or housing.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse vorzugsweise zumindest zwei zueinander parallel angeordnete und voneinander in Längsrichtung des Gehäuses beabstandete Bänder umfasst, da hierdurch die Genauigkeit des Objekterfassungssystems verbessert werden kann. Furthermore, it is advantageous if the housing preferably comprises at least two bands arranged parallel to one another and spaced apart from one another in the longitudinal direction of the housing, since this can improve the accuracy of the object detection system.

Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn mehrere Gehäuse, insbesondere im Bereich ihrer Stirnseiten, miteinander zu einer Säule verbindbar sind. Somit können die das Referenzelementgehege bildenden Bänder sehr einfach und platzsparend transportiert werden. Additionally or alternatively, it is advantageous if a plurality of housings, in particular in the region of their end faces, can be connected to one another to form a column. Thus, the forming the Referenzelementgehege bands can be transported very easily and space-saving.

Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Bänder zu einem den Raum definierenden, insbesondere n-eckigen, Referenzelementgehege verbindbar sind. It is advantageous if a plurality of bands can be connected to a reference element enclosure defining the space, in particular an n-cornered one.

Vorteilhafterweise wird das Objekterfassungssystem in einem Verfahren zur Erfassung der Position und/oder der Orientierung eines Objektes in einem Raum verwendet. Das Verfahren weist hierbei die Verfahrensmerkmale der vorangegangenen Beschreibung auf, wobei diese einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Advantageously, the object detection system is used in a method for detecting the position and / or orientation of an object in a room. The method in this case has the method features of the preceding description, which may be present individually or in any combination.

Die erfindungsgemäße Untersuchungsanordnung für Sehstörungen, insbesondere Strabismus, umfasst eine, insbesondere virtuelle, Tangententafel und ein Mittel zur Messung und automatischen Auswertung der Augenposition und/oder -orientierung gegenüber der Tangententafel. Eine Tangententafel weist ein Koordinatensystem gemäß augenärztlichen Berechnungen auf. Im Folgenden werden unter dem Begriff „Tangententafel“ die unterschiedlichen augenärztlichen Vorrichtungen, wie z.B. Harms-Wand, Helmholtz-Schirm, Hess-Schirm, Lee-Screen, Maddox-Kreuz usw., subsumiert. Im Sinne der Erfindung bedeutet der Begriff „virtuelle Tangententafel“, dass die mathematisch-medizinische Grundlage der Tangententafel rechnergebunden vorliegt und nach Bedarf in digitaler oder analoger Form abgerufen und visuell dargeboten, insbesondere projiziert, werden kann. The examination arrangement according to the invention for visual disturbances, in particular strabismus, comprises a, in particular virtual, tangent board and a means for the measurement and automatic evaluation of the eye position and / or orientation with respect to the tangent board. A tangent board has a coordinate system according to ophthalmological calculations. In the following, the term "tangent board" will refer to the different ophthalmic devices, such as the ophthalmoscope. Harms wall, Helmholtz screen, Hess screen, Lee screen, Maddox cross etc, subsumed. For the purposes of the invention, the term "virtual tangent board" means that the mathematical-medical basis of the tangent board is computer-bound and can be retrieved as needed in digital or analog form and presented visually, in particular projected.

Die Untersuchungsanordnung zur Erfassung der Kopfposition und/oder Kopforientierung weist ein Objekterfassungssystem auf, das gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet ist, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Vorteilhafterweise muss der Patient zur Untersuchung seiner vorliegenden Sehstörung somit keine fixe Zwangsposition und/oder -orientierung einnehmen, sondern kann sich frei in einem vorgegebenen Raum bzw. Referenzelementgehege positionieren und bewegen. Des Weiteren können mittels des Objekterfassungssystems Positionsänderungen des Patienten erfasst werden und vorzugsweise durch ein entsprechend ausgebildetes mathematisches Modell in der Rechnereinheit kompensiert werden. The examination arrangement for detecting the head position and / or head orientation comprises an object detection system, which is designed according to the preceding description, wherein said features may be present individually or in any desired combination. Advantageously, therefore, the patient need not assume a fixed forced position and / or orientation for the purpose of examining his present visual disturbance, but can freely position and move in a predetermined space or reference element enclosure. Furthermore, by means of the object detection system, changes in the position of the patient can be detected and preferably by a suitably designed one mathematical model can be compensated in the computer unit.

Vorteilhaft ist es, wenn die Tangententafel zumindest ein Referenzelement aufweist, das von der Kamera des Objekterfassungssystems im Kamerabild erkennbar ist. Somit müssen keine separaten Referenzelemente im Raum angebracht werden. Vorteilhafterweise bilden die Eckpunkte und/oder der Mittelpunkt der Tangententafel die Referenzelemente bzw. Referenzpunkte. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Referenzelemente zusammen mit der Tangententafel virtuell ausgebildet sind. It is advantageous if the tangent board has at least one reference element which can be recognized by the camera of the object detection system in the camera image. Thus, no separate reference elements must be installed in the room. Advantageously, the corner points and / or the center of the tangent board form the reference elements or reference points. Furthermore, it is advantageous if the reference elements are virtually formed together with the tangent board.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Referenzelemente Infrarotlicht emittierende und/oder reflektierende Marker sind, die vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden können. Hierdurch kann eine Ablenkung des Patienten durch entsprechende Referenzelemente bzw. Marker vermieden werden. It is also advantageous if the reference elements are infrared light emitting and / or reflecting markers that can not be perceived by the human eye. As a result, a distraction of the patient can be avoided by means of corresponding reference elements or markers.

Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt: Further advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. It shows:

1 ein zweidimensionales Kamerabild eines Raumes mit Referenzelementen, 1 a two-dimensional camera image of a room with reference elements,

2a bis 2c eine Draufsicht eines virtuellen Raummodells des Raumes mit in einer ersten Raumebene eines Raumkoordinatensystems ausgebildeten Fasskreisbögen zur Bestimmung der Objektposition, 2a to 2c a plan view of a virtual space model of the room with trained in a first spatial plane of a spatial coordinate system barrel arcs for determining the object position,

3 eine Draufsicht des virtuellen Raummodells mit drei zusätzlichen oder alternativen Fasskreisbögen, 3 a top view of the virtual space model with three additional or alternative barrel arches,

4 eine Seitenansicht des virtuellen Raummodells mit in einer zweiten Raumebene des Raumkoordinatensystems liegenden Fasskreisbögen, 4 a side view of the virtual space model with lying in a second space level of the spatial coordinate system barrel arcs,

5 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Objekterfassungssystems mit mehreren objektfesten Kameras, 5 an alternative embodiment of the object detection system with a plurality of object-fixed cameras,

6 eine perspektivische Ansicht eines als Klebeband ausgebildeten Bandes mit Referenzelementen, 6 a perspective view of an adhesive tape designed as a band with reference elements,

7 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses mit darin ab- und/oder aufrollbar angeordneten Bändern und 7 a perspective view of a housing with it off and / or rolled up arranged bands and

8 eine perspektivische Ansicht einer aus mehreren Gehäusen ausgebildeten Säule zur Ausbildung eines Referenzelementgeheges. 8th a perspective view of a formed from a plurality of housings column to form a Referenzelementgeheges.

Die 1 bis 4 veranschaulichen eine mögliche Arbeitsweise eines Objekterfassungssystems 1 zur Erfassung der Position und/oder der Orientierung eines Objektes 2 in einem Raum 3, wobei sich das Objekt 2 in dem realen Raum 3 frei bewegen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Objekt 2 der Kopf einer Person, wobei aber auch ebenso andere Körperteile mit dem Objekterfassungssystem 1 erfasst werden könnten. The 1 to 4 illustrate a possible operation of an object detection system 1 for detecting the position and / or orientation of an object 2 in a room 3 , where the object is 2 in the real space 3 can move freely. In the present embodiment, the object 2 the head of a person, but also other body parts with the object detection system 1 could be detected.

Das Objekterfassungssystem 1 zum Erfassen der Position und/oder der Orientierung des Objektes 2 in dem Raum 3 umfasst eine hier nicht dargestellte Rechnereinheit, einen hier nicht dargestellten Speicher, eine Kamera 4 und/oder mehrere Referenzelemente 5. Die hier nicht dargestellte Rechnereinheit ist mit der Kamera 4 derart verbunden, dass die Kamera 4 Bilddaten an die Rechnereinheit übertragen kann. Die Bilddatenübertragung kann zwischen der Kamera 4 und der Rechnereinheit mittels eines Kabels erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann diese Datenübertragung aber auch kabellos, insbesondere über Funk oder Bluetooth, durchgeführt werden. Die Kamera 4 weist einen Kameraobjektivwinkel 6 auf, der den Erfassungsbereich der Kamera 4 definiert (vgl. 5). Dieser Kameraobjektivwinkel 6 ist in dem hier nicht dargestellten Speicher des Objekterfassungssystems 1 abgespeichert. Die Rechnereinheit kann in dem Speicher Daten speichern und/oder auf im Speicher abgespeicherte Daten zugreifen. The object detection system 1 for detecting the position and / or the orientation of the object 2 in the room 3 includes a computer unit, not shown here, a memory, not shown here, a camera 4 and / or several reference elements 5 , The computer unit not shown here is with the camera 4 so connected, that the camera 4 Transfer image data to the computer unit. The image data transmission can be between the camera 4 and the computer unit by means of a cable. Additionally or alternatively, this data transmission can also be carried out wirelessly, in particular via radio or Bluetooth. The camera 4 has a camera lens angle 6 on, the coverage of the camera 4 defined (cf. 5 ). This camera lens angle 6 is in the memory of the object detection system, not shown here 1 stored. The computer unit can store data in the memory and / or access data stored in the memory.

Die Kamera 4 ist gemäß 2a objektfest ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Kamera 4 an dem Objekt 2 an einer der Rechnereinheit bekannten, d.h. vorzugsweise einer im Speicher hinterlegten, Position und/oder Orientierung, insbesondere lösbar, befestigt ist. Durch die Bestimmung der Position und/oder der Orientierung der Kamera 4 im Raum 3 kann von der Rechnereinheit somit auch die Position des Objektes 2 und/oder dessen Orientierung im Raum 3 ermittelt werden. The camera 4 is according to 2a trained object. This means that the camera 4 on the object 2 at one of the computer unit known, ie preferably stored in memory, position and / or orientation, in particular releasably secured. By determining the position and / or orientation of the camera 4 in the room 3 can from the computer unit thus also the position of the object 2 and / or its orientation in space 3 be determined.

Im Gegensatz zur Kamera 4 sind die Referenzelemente 5 raumfest ausgebildet. Sie befinden sich somit stets an einer festen Position im Raum 3. Die Positionsdaten der Referenzelemente 5 und/oder deren Realabstände 12 zueinander sind der hier nicht dargestellten Rechnereinheit bekannt. Die Positionsdaten und/oder die Realabstände 12 können von dem Objekterfassungssystem 1 selbstständig gemessen, berechnet und/oder im Speicher abgespeichert und/oder bereits zumindest teilweise in dem Speicher hinterlegt sein. Unlike the camera 4 are the reference elements 5 spatially fixed trained. You are thus always at a fixed position in the room 3 , The position data of the reference elements 5 and / or their real distances 12 to each other, the computer unit not shown here are known. The position data and / or the real distances 12 can from the object detection system 1 independently measured, calculated and / or stored in the memory and / or already at least partially stored in the memory.

Mit einer Vielzahl von im Raum 3 angeordneten Referenzelementen 5 kann die Rechnereinheit ein an den realen Raum 3 angeglichenes virtuelles Raummodell 7 erstellen (vgl. 2a). Dieses virtuelle Raummodell 7 wird von der Rechnereinheit im Speicher der Rechnereinheit abgespeichert. Alternativ kann dieses aber auch bereits im Speicher hinterleget sein. With a variety of in the room 3 arranged reference elements 5 the computer unit can connect to the real room 3 adapted virtual space model 7 create (cf. 2a ). This virtual space model 7 is stored by the computer unit in the memory of the computer unit. Alternatively, this can already be deposited in the memory.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erkennt die Rechnereinheit zur Ermittlung der Kopfposition eines Menschen bzw. des Objektes 2 gemäß 1 zunächst automatisch die von der Kamera 4 erfassten, raumfest ausgebildeten Referenzelemente 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f in dem Kamerabild 8, das von der objektfesten Kamera 4 an die Rechnereinheit übermittelt wird. Anschließend berechnet die Rechnereinheit mittels eines im Folgenden näher beschrieben Algorithmus bzw. Verfahrens unter Verwendung dieser Bildinformationen die Position des Objektes 2 in einem Raumkoordinatensystem. Der Ursprung des Raumkoordinatensystems kann an jedem beliebigen Punkt des virtuellen Raummodells 7 angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Ursprung jedoch in einem Referenzelement 5 angeordnet, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Ecke des Raums 3 bzw. virtuellen Raummodells 7 ist. In the present embodiment recognizes the computer unit for determining the head position of a person or the object 2 according to 1 first automatically from the camera 4 detected, solid-trained reference elements 5a . 5b . 5c . 5d . 5e . 5f in the camera picture 8th that of the object-fixed camera 4 is transmitted to the computer unit. Subsequently, the computer unit calculates the position of the object by means of an algorithm or method described in more detail below using this image information 2 in a spatial coordinate system. The origin of the space coordinate system can be at any point in the virtual space model 7 be arranged. Preferably, however, the origin is in a reference element 5 arranged, in the present embodiment, a corner of the room 3 or virtual room model 7 is.

1 zeigt eine Momentaufnahme des von der Kamera 4 aufgezeichneten Videos. Dieses Kamerabild 8, das von der objektfesten Kamera 4 aufgenommen und zur Weiterverarbeitung an die Rechnereinheit weitergeleitet wird, zeigt den Raum 3 mit seinen raumfest ausgebildeten Referenzelementen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, wobei zur Wahrung der Übersichtlichkeit nicht alle dieser Referenzelemente 5 mit Bezugszeichen versehen sind. 1 shows a snapshot of the camera 4 recorded videos. This camera picture 8th that of the object-fixed camera 4 recorded and forwarded to the computer unit for further processing, shows the room 3 with its spatially trained reference elements 5a . 5b . 5c . 5d . 5e . 5f , but not all of these reference elements for clarity 5 are provided with reference numerals.

Die Referenzelemente 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f sind vorzugsweise zum Raum 3 vertikal oder horizontal ausgerichtet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die meisten Referenzelemente 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f durch im Raum 3 angebrachte Marker 9 ausgebildet. Die Marker 9 weisen ein Muster 10 auf, dass jeden Marker 9 individuell kennzeichnet. Die Rechnereinheit kann dieses Muster 10 über einen Bildverarbeitungsalgorithmus erkennen und somit jeden dieser Marker 9 eindeutig identifizieren. Über das Muster 10 kann die Rechnereinheit die Orientierung der Marker 9 im Kamerabild 8 ermitteln und hierüber die Orientierung des Objektes 2 im Raum 3 berechnen. Die Marker 9 weisen eine der Rechnereinheit bekannte Kontur, Form und/oder Größe auf. Vorzugsweise weisen alle Marker 9 die gleiche geometrische Grundform auf. Des Weiteren sind alle Abstände der zueinander in einer horizontalen oder vertikalen Reihe angeordneten Marker standardisiert und der Rechnereinheit bekannt, d.h. im Speicher hinterlegt. The reference elements 5a . 5b . 5c . 5d . 5e . 5f are preferable to the room 3 aligned vertically or horizontally. In the present embodiment, most reference elements 5a . 5b . 5c . 5d . 5e . 5f through in the room 3 attached markers 9 educated. The markers 9 have a pattern 10 on that every marker 9 individually marked. The computer unit can do this pattern 10 recognize through an image processing algorithm and thus each of these markers 9 clearly identify. About the pattern 10 the computing unit can change the orientation of the markers 9 in the camera picture 8th determine and hereby the orientation of the object 2 in the room 3 to calculate. The markers 9 have one of the computer unit known contour, shape and / or size. Preferably, all markers 9 the same basic geometric shape. Furthermore, all distances between the markers arranged in a horizontal or vertical row are standardized and known to the computer unit, ie stored in the memory.

Die Referenzelemente 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die oberen Eckpunkte der Marker 9. Diese werden über die Markerkanten ermittelt, die in der Realität, d.h. in dem physischen Raum 3, vertikal und/oder horizontal ausgerichtet sind. Jeder dieser Marker 9 weist somit mehrere Referenzelemente 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f bzw. Referenzpunkte auf, die letztendlich durch die vier Markerecken und den Markermittelpunkt gebildet sein können. The reference elements 5a . 5b . 5c . 5d . 5e . 5f are in the present embodiment, the upper vertices of the marker 9 , These are determined by the marker edges, which in reality, ie in the physical space 3 , vertically and / or horizontally aligned. Each of these markers 9 thus has several reference elements 5a . 5b . 5c . 5d . 5e . 5f or reference points, which may ultimately be formed by the four marker corners and the marker center.

Zur Ermittlung der Position des Objektes 2 in einer ersten Raumebene des Raumkoordinatensystems ermittelt die Rechnereinheit gemäß 1 zunächst zumindest drei, insbesondere zueinander in einer Reihe angeordnete, Referenzelemente 5a, 5b, 5c. Anschließend ermittelt die Rechnereinheit aus dem Kamerabild 8 den jeweiligen, insbesondere kürzesten, Pixelabstand 11a, 11b, 11c dieser Referenzelemente 5a, 5b, 5c zueinander. Das Objekterfassungssystem 1 ermittelt somit zur Bestimmung der Objektposition nicht – wie bei bekannten Verfahren – die optische Verzerrung der Marker 9 im Kamerabild 8, da diese bei größeren Entfernungen nur sehr ungenau und unzuverlässig erfasst werden kann. Stattdessen wir der kürzeste Pixelabstand 11a, 11b, 11c zweier zueinander paralleler Referenzelemente 5a, 5b, 5c gemessen. Da die Referenzelemente 5a, 5b, 5c von der Rechnereinheit im Kamerabild 8 auch auf größere Entfernungen zuverlässig erkannt werden können, kann mit dem vorliegenden Verfahren eine sehr hohe Genauigkeit zur Ermittlung der Position des Objektes 2 im Raum 3 sichergestellt werden. To determine the position of the object 2 in a first spatial level of the spatial coordinate system, the computer unit determines according to 1 initially at least three, in particular arranged in a row, reference elements 5a . 5b . 5c , Subsequently, the computer unit determines from the camera image 8th the respective, in particular shortest, pixel spacing 11a . 11b . 11c these reference elements 5a . 5b . 5c to each other. The object detection system 1 thus does not determine the optical distortion of the markers to determine the object position, as in known methods 9 in the camera picture 8th because they can be detected at very large distances only very inaccurate and unreliable. Instead, we have the shortest pixel pitch 11a . 11b . 11c two mutually parallel reference elements 5a . 5b . 5c measured. Because the reference elements 5a . 5b . 5c from the computer unit in the camera image 8th can be reliably detected even at long distances, with the present method, a very high accuracy for determining the position of the object 2 in the room 3 be ensured.

In einem zweiten Schritt berechnet die Rechnereinheit anhand dieser aus dem Kamerabild 8 ermittelten Pixelabstände 11a, 11b, 11c und des der Rechnereinheit bekannten Kameraobjektivwinkels 6 für jeden dieser Pixelabstände 11a, 11b, 11c einen realen Sehwinkel α, β, γ, unter dem diese durch den jeweiligen Pixelabstand 11a, 11b, 11c definierte Strecke aus der Objektposition gesehen wird (vgl. 2a bis 2c). In a second step calculates the computer unit based on this from the camera image 8th determined pixel distances 11a . 11b . 11c and the computer unit known camera lens angle 6 for each of these pixel distances 11a . 11b . 11c a real viewing angle α, β, γ, below which this by the respective pixel pitch 11a . 11b . 11c defined route is seen from the object position (cf. 2a to 2c ).

Der Rechnereinheit sind somit, beispielsweise für die drei Referenzelemente 5a, 5b, 5c, die jeweiligen Realabstände 12a, 12b, 12c sowie die jeweiligen Sehwinkel α, β, γ, unter denen die Realabstände 12a, 12b, 12c aus der zu bestimmenden Kameraposition bzw. Objektposition gesehen werden, bekannt. Anhand dieser Informationen berechnet die Rechnereinheit, wie im Folgenden gezeigt, unter Verwendung von Fasskreisbögen 13 die eindeutige Objektposition im Raum 3, indem sie den einen gemeinsamen Schnittpunkt 15 dieser Fasskreisbögen 13 ermittelt (vgl. 2c). The computer unit are thus, for example, for the three reference elements 5a . 5b . 5c , the respective real distances 12a . 12b . 12c and the respective viewing angles α, β, γ, among which the real distances 12a . 12b . 12c from the camera position to be determined or object position are known. Based on this information, calculates the computer unit, as shown below, using Fassfassbögen 13 the unique object position in the room 3 by giving the one common point of intersection 15 of these barrel arcs 13 determined (cf. 2c ).

Die Realabstände 12a, 12b, 12c bilden jeweils eine Sehne und die Sehwinkel α, β, γ jeweils den Umfangswinkel des dazugehörigen Fasskreisbogens 13a, 13b, 13c. Der Umfangswinkel ist derjenige Winkel, unter dem die jeweilige Sehne von jedem Punkt des jeweiligen Fasskreisbogens 13a, 13b, 13c aus gesehen wird. The real distances 12a . 12b . 12c each form a chord and the angle of view α, β, γ respectively the circumferential angle of the associated barrel circle arc 13a . 13b . 13c , The circumferential angle is the angle at which the respective chord of each point of each barrel arc 13a . 13b . 13c is seen from.

Gemäß 2a wird der erste Fasskreisbogen 13a von der Rechnereinheit mit dem ersten Realabstand 12a und dem ersten Sehwinkel α gebildet. Die in Frage kommenden Positionen des Objektes 2 bzw. der Kamera 4 im virtuellen Raummodell 7 sind somit auf den ersten Fasskreisbogen 13a beschränkt. According to 2a becomes the first barrel circle arch 13a from the computer unit with the first real distance 12a and the first viewing angle α. The candidate positions of the object 2 or the camera 4 in the virtual space model 7 are thus on the first barrel arc 13a limited.

Zur weiteren Begrenzung der Auswahlmöglichkeiten erstellt die Rechnereinheit gemäß 2b über den zweiten Realabstand 12b mittels des entsprechenden zweiten Sehwinkels β einen zweiten Fasskreisbogen 13b. Dieser schneidet den ersten Fasskreisbogen 13a in zumindest einem Schnittpunkt 14. Da sich der erste und der zweite Fasskreisbogen 13a, 13b in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in derselben Raumebene befinden, weisen diese immer zwei Schnittpunkte 14a, 14b auf. Die Auswahlmöglichkeiten der in Frage kommenden Objektpositionen des Objektes 2 im virtuellen Raummodell 7 kann somit auf diese beiden Schnittpunkte 14a, 14b reduziert werden. To further limit the choices created the computer unit according to 2 B over the second real distance 12b by means of the corresponding second viewing angle β a second barrel arc 13b , This cuts the first barrel arc 13a in at least one point of intersection 14 , Since the first and the second barrel arc 13a . 13b in the present embodiment in the same room level, they always have two intersections 14a . 14b on. The choices of the object positions of the object in question 2 in the virtual space model 7 can thus affect these two intersections 14a . 14b be reduced.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel würden bereits diese zwei Fasskreisbögen 13a, 13b ausreichen, um die Position des Objektes 2 in der ersten Raumebene eindeutig bestimmen zu können, da gemäß 2b der zweite Schnittpunkt 14b der Position des zweiten Referenzelementes 5b entspricht und somit ausgeschlossen werden könnte. In the present embodiment, these two Fassbogenbögen would already 13a . 13b suffice for the position of the object 2 in the first spatial level can be clearly determined, as in accordance with 2 B the second intersection 14b the position of the second reference element 5b corresponds and could therefore be excluded.

Alternativ oder zusätzlich kann aber gemäß 2c der erste und zweite Fasskreisbogen 13a, 13b mit einem dritten Fasskreisbogen 13c geschnitten werden. Diese drei Fasskreisbögen 13a, 13b, 13c weisen zueinander mehrere Schnittpunkte 14 auf, jedoch lediglich einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt 15. Dieser bestimmt somit eindeutig die Position des Objektes 2 in einer ersten Raumebene, nämlich vorliegend in der xz-Ebene, des Raumkoordinatensystems. Mit dem in 2a bis 2c veranschaulichten Verfahren können zwei Koordinaten des Objektes 2 im Raum 3 bzw. im virtuellen Raummodell 7, nämlich die x- und z-Koordinate, bestimmt werden. Alternatively or additionally, but according to 2c the first and second barrel arc 13a . 13b with a third drum arc 13c get cut. These three barrel arcs 13a . 13b . 13c have several intersections with each other 14 but only a single common point of intersection 15 , This thus clearly determines the position of the object 2 in a first spatial plane, namely in the xz plane, of the spatial coordinate system. With the in 2a to 2c Illustrated methods may be two coordinates of the object 2 in the room 3 or in the virtual space model 7 , namely the x and z coordinates, are determined.

Zur Erhöhung der Positionsbestimmungsgenauigkeit ist es vorteilhaft, wenn die Rechnereinheit gemäß 3 weitere Fasskreisbögen 13d, 13e, 13f erstellt und deren Schnittpunkte 14 zur Bestimmung des einen gemeinsamen Schnittpunktes 15 berechnet. To increase the positioning accuracy, it is advantageous if the computer unit according to 3 more barrel arches 13d . 13e . 13f created and their intersections 14 for determining the one common point of intersection 15 calculated.

Für die Bestimmung der dritten Koordinate, nämlich vorliegend der y-Koordinate, erstellt die Rechnereinheit gemäß 4 zumindest einen weiteren Fasskreisbogen 13g, 13h, 13i, der in einer zur ersten Raumebene geneigten zweiten Raumebene angeordnet ist. Hierfür verwendet die Rechnereinheit gemäß 1 die vertikal in Reihe zueinander angeordneten Referenzelemente 5e, 5f und berechnet analog zur ersten Raumebene über die gemessenen Pixelabstände 11d und die jeweiligen Sehwinkel δ die Schnittpunkte 14 der Fasskreisbögen 13g, 13h, 13i zur Ermittlung des einen gemeinsamen Schnittpunktes 15. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Raumebene die yz-Ebene und folglich orthogonal zur ersten xz-Ebene ausgerichtet. Der gemeinsame Schnittpunkt 15 entspricht dem in der ersten Raumebene festgestellten gemeinsamen Schnittpunkt 15 und definiert somit die exakte Position des Objektes 2 im Raum 3 bzw. im virtuellen Raummodell 7. For the determination of the third coordinate, namely in the present case the y-coordinate, the computer unit generates according to 4 at least one further drum arc 13g . 13h . 13i , which is arranged in a second space plane inclined to the first spatial plane. For this purpose, the computer unit uses according to 1 the vertically arranged in series reference elements 5e . 5f and calculates the measured pixel distances analogously to the first spatial level 11d and the respective visual angles δ the points of intersection 14 the barrel arches 13g . 13h . 13i for determining the one common point of intersection 15 , In the present embodiment, the second spatial plane is the yz plane and thus aligned orthogonal to the first xz plane. The common point of intersection 15 corresponds to the common point of intersection found in the first spatial level 15 and thus defines the exact position of the object 2 in the room 3 or in the virtual space model 7 ,

Grundsätzlich kann die Position des Objektes 2 in dem Raum 3 mittels lediglich zweier Fasskreisbögen 13 ermittelt werden, wenn diese in zueinander geneigten Raumebenen liegen und sich lediglich in einem einzigen gemeinsamen Schnittpunkt 15 schneiden. Durch die Bestimmung weiterer Fasskreisbögen kann jedoch die Genauigkeit erhöht und die Fehleranfälligkeit des Objekterfassungssystems reduziert werden. Basically, the position of the object 2 in the room 3 by means of only two Fassbogenbögen 13 be determined if they are in mutually inclined spatial planes and only in a single common intersection 15 to cut. However, the determination of further barrel arcs can increase the accuracy and reduce the error rate of the object detection system.

Das vorstehend anhand der 1 bis 4 erläuterte Verfahren zur Bestimmung der Objektposition eignet sich besonders für diejenigen Anwendungsfälle, bei denen sich der Abstand des Objektes 2 vom Boden im Wesentlichen nicht oder nur geringfügig ändert und die Referenzelemente 5 bzw. Referenzpunkte im Wesentlichen auf Kamerahöhe angeordnet sind. The above with reference to the 1 to 4 explained method for determining the object position is particularly suitable for those applications where the distance of the object 2 essentially not or only slightly changes from the ground and the reference elements 5 or reference points are arranged substantially on camera height.

Für Anwendungsfälle, bei denen der Abstand des Objektes 2 zum Boden stark variiert, ist es bei einer hier nicht dargestellten alternativen Ausführungsform vorteilhaft, wenn die in den 2a bis 4 dargestellten Fasskreisbögen 13 zu sich im Raum dreidimensional erstreckende Tori, insbesondere Spindeltori, erweitert sind. Hierfür werden die Tori durch eine Rotation der zweidimensionalen Fasskreisbögen 13 um ihre jeweilige Sehne bzw. ihren jeweiligen Realabstand 12 ausgebildet. Die Tori weisen ebenfalls einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt 15 auf, der die Position der Kamera im dreidimensionalen Raum bestimmt. Die Objektposition kann dann über einfache Translation bestimmt werden. For use cases where the distance of the object 2 varies greatly to the ground, it is advantageous in an alternative embodiment not shown here, if in the 2a to 4 illustrated Fassbogenbögen 13 to three-dimensionally extending Tori in space, in particular Spindeltori, are extended. For this purpose, the tori by a rotation of the two-dimensional Fassfassbögen 13 about their respective chord or their respective real distance 12 educated. The Tori also have a single common point of intersection 15 which determines the position of the camera in three-dimensional space. The object position can then be determined via simple translation.

5 zeigt eine Draufsicht auf das Objekterfassungssystem 1, wobei das Objekterfassungssystem 1 im Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel mehrere mit dem Objekt 2 fest verbundene Kameras 4a, 4b, 4c, 4d aufweist. Die Ausrichtung der Kameras 4a, 4b, 4c, 4d und deren jeweiliger Kameraobjektivwinkel 6, ist derart gewählt, dass sich die Erfassungsbereiche zweier benachbarter Kameras 4a, 4b, 4c, 4d in einem Überlappungsbereich 16 überschneiden (zur Wahrung der Übersichtlichkeit ist nur einer der Kameraobjektivwinkel sowie Überlappungsbereiche mit einem Bezugszeichen versehen). Hierdurch kann ein lückenloser 360°-Erfassungsbereich des Objekterfassungssystems 1 ausgebildet werden. 5 shows a plan view of the object detection system 1 , wherein the object detection system 1 in contrast to the previous embodiment, several with the object 2 firmly connected cameras 4a . 4b . 4c . 4d having. The orientation of the cameras 4a . 4b . 4c . 4d and their respective camera lens angle 6 , is chosen such that the detection areas of two adjacent cameras 4a . 4b . 4c . 4d in an overlap area 16 overlap (for clarity, only one of the camera lens angle and overlapping areas provided with a reference numeral). This can be a gapless 360 ° detection area of the object detection system 1 be formed.

5 zeigt ferner einen Raumgegenstand 17 der in dem Raum 3 bzw. virtuellen Raummodell 7 angeordnet ist. Insbesondere wenn dieser Raumgegenstand 17 eine quadratische oder rechteckige Form aufweist, können dessen horizontale und/oder vertikale Kanten zur Ermittlung der Referenzpunkte bzw. Eckpunkte dienen, die von der Kamera 4 erfasst werden können. Alternativ oder zusätzlich können aber auch die Raumwände, insbesondere die Raumecken als Referenzelemente 5 bzw. Referenzpunkte dienen. 5 further shows a room item 17 the one in the room 3 or virtual space model 7 is arranged. Especially if this space object 17 has a square or rectangular shape, its horizontal and / or vertical edges can be used to determine the reference points or vertices that come from the camera 4 can be detected. Alternatively or additionally, however, the room walls, in particular the room corners as reference elements 5 or reference points serve.

Damit das Objekterfassungssystem 1 die Position des Objektes 2 im Raum 3 berechnen kann, muss dessen Rechnereinheit, wie bereits vorstehend beschrieben, die Realabstände 12 zwischen den in Reihe angeordneten Referenzelementen 5 kennen. Aufgrund dessen ist es vorteilhaft, wenn die Referenzelemente eine definierte Größe und/oder einen definierten Abstand zueinander aufweisen und diese Parameter in dem Speicher des Objekterfassungssystems 1 hinterlegt sind, so dass die Rechnereinheit auf diese Daten zugreifen kann. So the object detection system 1 the position of the object 2 in the room 3 can compute its computer unit, as already described above, the real distances 12 between the reference elements arranged in series 5 know. Because of this, it is advantageous if the reference elements have a defined size and / or a defined distance from each other and these parameters in the memory of the object detection system 1 are stored so that the computer unit can access this data.

Um ein schnelles und unkompliziertes Anbringen der Referenzelemente 5 im Raum 3 sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn diese, wie in 6 dargestellt, auf einem Band 18 angeordnet sind. Das Band 18 ist vorliegend als Klebeband ausgebildet und weist mehrere Marker 9 auf, die die gleiche Größe und den gleichen Abstand zum jeweils benachbarten Marker aufweisen. To quickly and easily attach the reference elements 5 in the room 3 It is beneficial if these, as in 6 shown on a tape 18 are arranged. The ribbon 18 is presently designed as an adhesive tape and has several markers 9 on, which have the same size and the same distance to the adjacent marker.

Gemäß 7 kann das Band 18a, 18b aber auch ab- und aufrollbar in einem Gehäuse 19 gelagert sein. Neben den Markern 9 weisen die Bänder 18a, 18b eine Bemaßung 23 auf, so dass die Gesamtlänge des abgerollten Bandes 18a, 18b ermittelt werden kann. Gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei derartige zueinander parallele Bänder 18a, 18b in dem Gehäuse 19 drehbar gelagert. Im Bereich ihrer Enden weisen diese ein Befestigungsmittel 20 auf, mittels dem die Bänder 18a, 18b an einem hier nicht dargestellten zweiten Gehäuse in dessen Befestigungsbereich 21 lösbar befestigt werden können. Mit mehreren miteinander verbundenen Bändern 18 kann ein hier nicht dargestelltes Referenzelementgehege ausgebildet werden, das denjenigen Raum 3 definiert, in dem sich das Objekt 2 frei bewegen kann. According to 7 can the band 18a . 18b but also retractable and rollable in a housing 19 be stored. Next to the markers 9 show the bands 18a . 18b a dimension 23 on, leaving the total length of the unrolled tape 18a . 18b can be determined. According to the in 7 illustrated embodiment, two such mutually parallel bands 18a . 18b in the case 19 rotatably mounted. In the area of their ends, these have a fastener 20 on, by means of which the bands 18a . 18b on a second housing, not shown here, in its fastening region 21 can be releasably attached. With several connected bands 18 it is possible to form a reference element enclosure, not shown here, which surrounds that space 3 defines, in which the object 2 can move freely.

Gemäß 8 können mehrere derartige Gehäuse 19a, 19b, 19c zu einer Säule 22 lösbar miteinander verbunden werden. Die Säule 22 weist an einem ihrer beiden Enden einen Standfuß 24 auf. According to 8th can have several such housing 19a . 19b . 19c to a pillar 22 be releasably connected to each other. The pillar 22 has a stand at one of its two ends 24 on.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind. The present invention is not limited to the illustrated and described embodiments. Variations within the scope of the claims are also possible as a combination of features, even if they are shown and described in different embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Objekterfassungssystem Object detection system
2 2
Objekt object
3 3
Raum room
4 4
Kamera camera
5 5
Referenzelement reference element
6 6
Kameraobjektivwinkel Camera lens angle
7 7
Virtuelles Raummodell Virtual room model
8 8th
Kamerabild camera image
9 9
Marker marker
10 10
Muster template
11 11
Pixelabstand pixel pitch
12 12
Realabstand Real distance
13 13
Fasskreisbogen Barrel arc
14 14
Schnittpunkt intersection
15 15
gemeinsamer Schnittpunkt common point of intersection
16 16
Überlappungsbereich overlap area
17 17
Raumgegenstand Space object
18 18
Band tape
19 19
Gehäuse casing
20 20
Befestigungsmittel fastener
21 21
Befestigungsbereich fastening area
22 22
Säule pillar
23 23
Bemaßung dimensions
24 24
Standfußstand
α, β, γ, δ α, β, γ, δ
Sehwinkel viewing angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 20110025852 A1 [0003, 0008] US 20110025852 A1 [0003, 0008]
  • EP 0940117 B1 [0004] EP 0940117 B1 [0004]

Claims (19)

Objekterfassungssystem (1) zum Erfassen der Position und/oder der Orientierung eines Objektes (2) in einem Raum (3) mit einer Rechnereinheit, einer mit dieser zur Übertragung von Bilddaten verbundenen Kamera (4) und zumindest einem von der Kamera (4) beabstandeten Referenzelement (5), wobei die Rechnereinheit derart ausgebildet ist, dass sie das Referenzelement (5) automatisch im Kamerabild (8) der Kamera (4) erkennt und mittels eines Algorithmus die Position des Objektes (2) in einem Raumkoordinatensystem berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) objektfest und das Referenzelement (5) raumfest ausgebildet ist und dass die Rechnereinheit die Position des Objektes (2) mittels zumindest zweier sich schneidender Fasskreisbögen (13) ermittelt. Object detection system ( 1 ) for detecting the position and / or the orientation of an object ( 2 ) in a room ( 3 ) with a computer unit, a camera connected to it for the transmission of image data ( 4 ) and at least one of the camera ( 4 ) spaced reference element ( 5 ), wherein the computer unit is designed such that it the reference element ( 5 ) automatically in the camera image ( 8th ) the camera ( 4 ) recognizes and by means of an algorithm the position of the object ( 2 ) in a spatial coordinate system, characterized in that the camera ( 4 ) object-fixed and the reference element ( 5 ) is fixed in space and that the computer unit determines the position of the object ( 2 ) by means of at least two intersecting Fassfassbögen ( 13 ). Objekterfassungssystem gemäß dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekterfassungssystem (1) mehrere raumfeste und zueinander, insbesondere in x-, y- und/oder z-Richtung des Raumkoordinatensystems (3), beabstandete Referenzelemente (5) umfasst und die Position zumindest eines dieser Referenzelemente (5) im Raumkoordinatensystem (3) und/oder dessen Realabstand (12) zu zumindest einem anderen Referenzelement (5) in einem Speicher der Rechnereinheit abgespeichert und/oder von der Rechnereinheit selbstständig mess- und/oder berechenbar ist. Object detection system according to the preceding claim, characterized in that the object detection system ( 1 ) several spatially fixed and to each other, in particular in the x, y and / or z direction of the spatial coordinate system ( 3 ), spaced reference elements ( 5 ) and the position of at least one of these reference elements ( 5 ) in the spatial coordinate system ( 3 ) and / or its real distance ( 12 ) to at least one other reference element ( 5 ) stored in a memory of the computer unit and / or independently by the computer unit can be measured and / or calculated. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit den jeweiligen Fasskreisbogen (13a) mittels eines ersten und eines zweiten Referenzelementes (5a; 5b) und/oder mittels eines Sehwinkels (α) ausbildet, wobei der Realabstand (12a) der beiden sich auf dem Fasskreisbogen (13a) befindenden Referenzelemente (5a; 5b) eine Sehne des Fasskreisbogens (13a) und/oder der Sehwinkel (α), unter dem die Sehne aus der zu berechnenden Objektposition gesehen wird, den Umfangswinkel des Fasskreisbogens (13a) bildet. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer unit the respective barrel circle arc ( 13a ) by means of a first and a second reference element ( 5a ; 5b ) and / or by means of a visual angle (α), wherein the real distance ( 12a ) of the two on the Fassbogenbogen ( 13a ) reference elements ( 5a ; 5b ) a chord of the barrel arc ( 13a ) and / or the visual angle (α), under which the tendon is seen from the object position to be calculated, the circumferential angle of the barrel arc ( 13a ). Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit zur Bestimmung des Sehwinkels (α) den, insbesondere kürzesten, Pixelabstand (11a) zwischen den beiden Referenzelementen (5a; 5b) aus dem Kamerabild (8) ermittelt und/oder den Sehwinkel (α) mittels des der Rechnereinheit bekannten Kameraobjektivwinkels (6) berechnet. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer unit for determining the visual angle (α) the, in particular the shortest, pixel spacing ( 11a ) between the two reference elements ( 5a ; 5b ) from the camera image ( 8th ) and / or the visual angle (α) by means of the camera lens angle known to the computer unit ( 6 ). Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Fasskreisbögen (13) in unterschiedlichen und zueinander geneigten Raumebenen des Raumkoordinatensystems liegen. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least two barrel arcs ( 13 ) lie in different and mutually inclined spatial planes of the spatial coordinate system. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Rechnereinheit zumindest zwei sich schneidende Tori, insbesondere Spindeltori ausbildet, die jeweils aus einer Vielzahl von Fasskreisbögen (13) gebildet sind. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer unit forms at least two intersecting tori, in particular spindle tori, each of which comprises a plurality of barrel arcs ( 13 ) are formed. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Torus, insbesondere Spindeltorus, bildenden Fasskreisbögen (13) mittels der beiden gleichen Referenzelemente (5a; 5b) gebildet sind, so dass alle diese Fasskreisbögen (13) den gleichen Realabstand (12a) und gleichen Sehwinkel (α) aufweisen, bzw. Punkte beinhalten, von denen aus betrachtet die Strecke zwischen den beiden Referenzelementen unter dem gleichen Sehwinkel erscheint. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the barrel arcs forming the respective torus, in particular spindle torus, ( 13 ) by means of the two same reference elements ( 5a ; 5b ) are formed so that all these Fassbogenbögen ( 13 ) the same real distance ( 12a ) and equal angles of view (.alpha.), or include points from which, viewed from the point of view, the distance between the two reference elements appears at the same viewing angle. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit zumindest einige der Schnittpunkte (14) der sich schneidenden Fasskreisbögen (13) und/oder Tori, insbesondere Spindeltori, ermittelt und/oder aus diesen Schnittpunkten (14) den einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt (15) berechnet, dessen Position im Raumkoordinatensystem der Position der Kamera (4) im Raum (3) entspricht. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer unit at least some of the intersection points ( 14 ) of the intersecting barrel arches ( 13 ) and / or Tori, in particular Spindeltori, determined and / or from these intersections ( 14 ) the one common point of intersection ( 15 ) whose position in the spatial coordinate system determines the position of the camera ( 4 ) in the room ( 3 ) corresponds. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den einen einzigen gemeinsamen Schnittpunkt (15) alle diejenigen Fasskreisbögen (13) aufweisen, die in einer das Objekt (2) aufweisenden Raumebene des Raumkoordinatensystems liegen, und/oder alle gebildeten Tori, insbesondere Spindeltori, aufweisen. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the one common point of intersection ( 15 ) all those Fassbogenbögen ( 13 ), which in one the object ( 2 ) having spatial plane of the spatial coordinate system, and / or all formed tori, in particular spindle torii, have. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit zur Bestimmung der ersten und zweiten Koordinate des Objektes (2) im Raumkoordinatensystem den gemeinsamen Schnittpunkt (15) zumindest zweier, insbesondere dreier, in einer ersten das Objekt (2) aufweisenden Raumebene des Raumkoordinatensystems liegender Fasskreisbögen (13a; 13b; 13c; 13d; 13e; 13f) ermittelt. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer unit for determining the first and second coordinates of the object ( 2 ) in the Spatial coordinate system the common intersection ( 15 ) at least two, in particular three, in a first the object ( 2 ) containing spatial plane of the spatial coordinate system lying Fassfassbögen ( 13a ; 13b ; 13c ; 13d ; 13e ; 13f ). Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit zur Bestimmung der dritten Koordinate des Objektes (2) im Raumkoordinatensystem den gemeinsamen Schnittpunkt (15) zumindest zweier, insbesondere dreier, in einer zur ersten Raumebene geneigten, insbesondere zu dieser orthogonal ausgerichteten, zweiten das Objekt (2) aufweisenden Raumebene des Raumkoordinatensystems liegender Fasskreisbögen (13g; 13h; 13i) ermittelt. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer unit for determining the third coordinate of the object ( 2 ) in the spatial coordinate system the common point of intersection ( 15 ) at least two, in particular three, in an inclined to the first space plane, in particular to this orthogonal aligned, the second object ( 2 ) containing spatial plane of the spatial coordinate system lying Fassfassbögen ( 13g ; 13h ; 13i ). Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit eine Vielzahl ermittelter Schnittpunkte (14) miteinander abgleicht und den einen einzigen gemeinsamen Schnittpunktes (15) innerhalb eines Toleranzbereiches bestimmt. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the computer unit has a multiplicity of determined points of intersection ( 14 ) and the one common point of intersection ( 15 ) within a tolerance range. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) mittels einer Halterung lösbar an dem Objekt (2), insbesondere einem Kopf oder einer Hand eines Menschen, in einer fixen Position befestigbar ist. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the camera ( 4 ) by means of a holder detachably on the object ( 2 ), in particular a human head or hand, can be fastened in a fixed position. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekterfassungssystem (1) mehrere in unterschiedliche Richtungen ausgerichtete Kameras (4a; 4b; 4c; 4d) und/oder einen mit der Halterung verbundenen Beschleunigungssensor aufweist. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the object detection system ( 1 ) several cameras oriented in different directions ( 4a ; 4b ; 4c ; 4d ) and / or has an acceleration sensor connected to the holder. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung ein kopfbasiertes Blickerfassungssystem zur Ermittlung der Position zumindest eines Auges ist, wobei die Kamera (4) vorzugsweise als eine Feldkamera des Blickerfassungssystems ausgebildet ist. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the holder is a head-based vision system for detecting the position of at least one eye, wherein the camera ( 4 ) is preferably designed as a field camera of the gaze detection system. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (5) ein im Raum (3), insbesondere an einer Raumwand und/oder einem Raumgegenstand (17), anbringbarer Marker (9) und/oder ein sich bereits im Raum (3) befindender Raumgegenstand (17) ist und/oder als ein Teil dieser, insbesondere als ein definierter Referenzpunkt, vorzugsweise Eckpunkt und/oder Mittelpunkt, ausgebildet ist. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reference element ( 5 ) in the room ( 3 ), in particular on a room wall and / or a room item ( 17 ), attachable markers ( 9 ) and / or already in the room ( 3 ) space object ( 17 ) is and / or as a part of this, in particular as a defined reference point, preferably vertex and / or center is formed. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Marker (9) auf einer im Raum (3) anbringbaren Tapete und/oder einem ab- und/oder aufrollbaren Band (18) angeordnet sind, die vorzugsweise voneinander in Längsrichtung der Tapete und/oder des Bandes (18), insbesondere äquidistant und/oder zum jeweils benachbarten Marker (9) in einem der Rechnereinheit bekannten Realabstand (12), beabstandet sind. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of markers ( 9 ) on one in the room ( 3 ) attachable wallpaper and / or a removable and / or roll-up tape ( 18 ) are arranged, which preferably from one another in the longitudinal direction of the wallpaper and / or the band ( 18 ), in particular equidistant and / or to the respectively adjacent marker ( 9 ) in one of the computer unit known real distance ( 12 ), are spaced. Objekterfassungssystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bänder (18) zu einem den Raum (3) definierenden, insbesondere n-eckigen, Referenzelementgehege (5) verbindbar sind. Object detection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of strips ( 18 ) to a room ( 3 ), in particular n-angular, reference element enclosure ( 5 ) are connectable. Untersuchungsanordnung für Sehstörungen, insbesondere Strabismus, mit einer, insbesondere virtuellen, Tangententafel und einem Mittel zur Messung und automatischen Auswertung der Augenposition und/oder -orientierung gegenüber der Tangententafel, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchungsanordnung zur Erfassung der Kopfposition und/oder -orientierung ein Objekterfassungssystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche aufweist. Examination arrangement for visual disturbances, in particular strabismus, with a, in particular virtual, Tangententafel and a means for measuring and automatic evaluation of the eye position and / or orientation relative to the Tangententafel, characterized in that the examination arrangement for detecting the head position and / or orientation of an object detection system ( 1 ) according to one or more of the preceding claims.
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