DE102014019053A1

DE102014019053A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Abmessung eines Objektes

Info

Publication number: DE102014019053A1
Application number: DE102014019053.6A
Authority: DE
Inventors: Jan-Friso Evers-Senne; Patrick Zahn
Original assignee: Testo SE and Co KGaA
Current assignee: Testo SE and Co KGaA
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23
Also published as: WO2016096105A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung zumindest einer Abmessung wenigstens eines Objektes. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt anhand eines ortsgebundenen Musterprojektors wenigstens ein Muster aus zumindest zwei Musterbestandteilen auf das wenigstens eine Objekt projiziert wird, dass in einem zweiten Schritt wenigstens eine Abstandsmessung des Abstandes vom Musterprojektor zum wenigstens einen Objekt durchgeführt wird, dass in einem dritten Schritt mit wenigstens einer Aufnahmevorrichtung während einer Musterprojektion eine Folge von wenigstens zwei, aus mehreren Pixeln zusammengesetzten, ortsaufgelösten Einzelbildern des wenigstens einen Objektes aus jeweils unterschiedlichen Aufnahmeperspektiven aufgenommen wird, dass in einem vierten Schritt in den Einzelbildern der Folge eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile identifiziert wird, und dass in einem fünften Schritt für die im vierten Schritt identifizierte Gruppe von Musterbestandteilen mit Hilfe des gemessenen Abstandes skalierte, insbesondere dreidimensionale Positionsangaben zur Berechnung der zumindest einen Abmessung des wenigstens einen Objektes automatisch berechnet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst wenigstens einen Musterprojektor, eine Abstandsmessvorrichtung, eine Aufnahmevorrichtung und eine Bildverarbeitungsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Abmessung wenigstens eines Objektes.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Bestimmung zumindest einer Abmessung wenigstens eines Objektes.
Es ist bekannt, dass es möglich ist, anhand der Verwendung eines definierten Markers mit bekannten Abmessung, welcher an oder auf einem abzumessenden beziehungsweise abzubildenden Objekt angebracht wird, dreidimensionale Bilder von solch einem Objekt erstellen zu können. Die Verwendung eines derartigen Markers ist insbesondere bei strukturarmen Objekten, wie zum Beispiel kahlen Wandungen, Decken oder Böden, vorteilhaft, um aufgenommene Einzelbilder eines strukturarmen Objektes fehlerfrei zusammensetzen zu können. Die Größe des jeweiligen Markers muss dabei individuell an die Größe des abzumessenden beziehungsweise abzubildenden Objektes angepasst werden und darf nicht zu groß und nicht zu klein gewählt sein. Ferner muss die Form des Markers für jedes Objekt individuell angepasst werden. Allerdings ist die Verwendung eines derartigen Markers insbesondere bei der Bestimmung der Abmessungen größerer Objekte besonders nachteilig, da der Marker beispielsweise in Form eines Posters zunächst einzeln hergestellt werden muss und es anschließend unter Umständen aufwendig sein kann, den Marker am oder auf einem Objekt, insbesondere einem stark verwinkelten Objekt, anzubringen. So kann ein auf einem sehr verwinkelten Objekt angebrachter Marker beispielsweise nicht direkt am Objekt anliegen und somit ein Messergebnis verfälschen. Ferner ist es anhand bekannter Verfahren nicht möglich, die Abmessungen von Objekten zu bestimmen, von denen man vorab keinerlei Informationen über ihre ungefähre Größe vorliegen hat, da in solchen Fällen nicht bekannt ist, welche Größe der zu verwendende Marker haben muss.
Die dieser Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, wodurch es möglich ist die Abmessungen eines bestimmten Objektes einfacher bestimmen zu können.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass in einem ersten Schritt anhand eines insbesondere ortsgebundenen Musterprojektors wenigstens ein Muster aus zumindest zwei Musterbestandteilen auf das wenigstens eine Objekt projiziert wird, dass in einem zweiten Schritt wenigstens eine oder keine Abstandsmessung des Abstandes vom Musterprojektor zum wenigstens einen Objekt durchgeführt wird, dass in einem dritten Schritt mit wenigstens einer Aufnahmevorrichtung während einer Musterprojektion eine Folge von wenigstens zwei, aus mehreren Pixeln zusammengesetzten, ortsaufgelösten Einzelbildern des wenigstens einen Objektes aus jeweils unterschiedlichen Aufnahmeperspektiven aufgenommen wird, dass in einem vierten Schritt in den Einzelbildern der Folge eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile identifiziert wird, und dass in einem fünften Schritt für die im vierten Schritt identifizierte Gruppe von Musterbestandteilen insbesondere mit Hilfe des gemessenen Abstandes skalierte, insbesondere dreidimensionale Positionsangaben zur Berechnung der zumindest einen Abmessung des wenigstens einen Objektes automatisch berechnet werden. Somit sind gewonnene Messgrößen auf reale Größenverhältnisse beziehbar. Von Vorteil ist ferner, dass das auf das Objekt projizierte Muster, welches als Größenreferenz gegenüber dem Objekt dient, schnell und einfach vor Ort an die Größe des Objektes anpassbar ist, insbesondere indem die Größe anhand des Musterprojektors eingestellt wird. Ferner entfällt dadurch vorab die Herstellung eines an die individuelle Größe eines bestimmten Objektes angepassten Markers. Die ungefähre Größe des Objektes muss daher nicht vor Bestimmung der zumindest einen Abmessung bekannt sein. Ebenso entfällt eine möglichweise aufwendige Anbringung eines Markers, was insbesondere bei verwinkelten Objekten schwierig sein kann. Die Möglichkeit ein Muster auf ein Objekt zu projizieren, besteht unabhängig von der Form des Objektes. Von Vorteil ist dabei außerdem, dass die Konstruktion eines 3D-Bildes aus einer Folge von aufgenommenen Einzelbildern, beispielsweise Frames einer Videosequenz, anhand der Bildpositionen von identifizierten Musterbestandteilen der Bilder, die zueinander korrespondieren, ermöglicht ist. Hieraus sind insbesondere dreidimensionale Positionsangaben der identifizierten Musterbestandteile berechenbar, welche insbesondere mittels zumindest einer gemessenen Abstandsinformation auf das tatsächliche Maß skalierbar sind. Dadurch ist es möglich tatsächliche Abmessungen, wie insbesondere Längen, Flächeninhalte und/oder Rauminhalte, anhand von an sich bekannten Gleichungen (trigonometrische Funktionen) zu berechnen. Die Abstandsmessung kann auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen. Eine Laserdistanzmessung ist beispielsweise möglich, wenn eine, beispielsweise die bereits erwähnte Abstandsmessvorrichtung als Laser-Abstandsmessgerät ausgebildet ist. Hierbei kann ein, beispielsweise der bereits erwähnte Musterprojektor und/oder eine, beispielsweise die bereits erwähnte Abstandsmessvorrichtung einen Messstrahl, insbesondere einen Laser-Messstrahl, generieren, mit welchem ein Abstand (d₀, d₁) zwischen Objekt und Abstandsmessvorrichtung messbar ist. Es sind auch Ultraschallmessungen der Abstandsinformation ausführbar.
Durch die Projektion eines Musters auf das wenigstens eine Objekt kann ferner die jeweilige Pose, aus welcher mittels einer, beispielsweise mittels der bereits erwähnten Aufnahmevorrichtung, ein oder mehrere aus mehreren Pixeln zusammengesetzten, ortsaufgelösten Einzelbilder des wenigstens einen Objektes aufgenommen wurden, und/oder die Pose der Abstandsmessvorrichtung und/oder die Pose des Musterprojektors berechnet werden. Durch die Projektion des Musters kann das Objekt, von welchem eine dreidimensionale Darstellung erzeugt werden soll, mit zusätzlichen Strukturen versehen werden, die als korrespondierende Musterbestandteile erfindungsgemäß identifiziert werden.
Die Genauigkeit der Bestimmung der Abmessungen erhöht sich dabei mit der Anzahl an mit einer, beispielsweise der bereits erwähnten Aufnahmevorrichtung aufgenommenen, ortsaufgelösten Einzelbildern. Es kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens vier, insbesondere wenigstens fünf, insbesondere wenigstens zehn, insbesondere wenigstens fünfzehn, insbesondere wenigstens zwanzig oder mehr ortsaufgelöste Einzelbilder aufgenommen werden.
Als korrespondierende Musterbestandteile werden somit Bildelemente oder Teilbereiche in den Einzelbildern bezeichnet, die aufgrund übereinstimmender oder ähnlicher projizierter Musterbestandteile oder natürliche Merkmale des Objektes inhaltlich zueinander korrespondieren.
Bevorzugt wird der Abstand vom Musterprojektor zu einem der zumindest zwei Musterbestandteile gemessen, um einen definierten Bezugspunkt für eine Skalierung bereitzustellen.
Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn das Muster wenigstens einen, insbesondere durch zumindest einen Hauptstrahl projizierten Musterbestandteil, vorzugsweise einen Referenzpunkt, und/oder wenigstens einen, insbesondere durch zumindest einen Hilfsstrahl projizierten Musterbestandteil, vorzugsweise einen Referenzpunkt, eine Referenzlinie und/oder ein Referenzmuster, umfasst, wobei optional zusätzlich zumindest ein natürliches Merkmal des Objektes in der Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile umfasst wird. Von Vorteil ist dabei, dass das projizierte Muster besser an das wenigstens eine Objekt anpassbar ist, da einzelne Musterbestandteile getrennt und/oder zusammen beispielsweise durch Haupt- und/oder Hilfsstrahl auf das wenigstens eine Objekt projiziert werden können. Ferner ist es möglich, dass natürliche Merkmale eines Objektes als zusätzliche, zueinander korrespondierender Musterbestandteile berücksichtigt werden und auch für diese natürlichen Merkmale des Objektes dreidimensionale Positionsangaben berechnet werden können. Bevorzugt wird der Abstand entlang des Hauptstrahls gemessen.
Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, wenn zur Projektion des zumindest einen Hauptstrahls und des zumindest einen Hilfsstrahls unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass die durch Haupt- und Hilfsstrahl erzeugten projizierten Musterbestandteile einfacher voneinander zu unterscheiden sind, beispielsweise durch die Verwendung verschiedenfarbiger Haupt- und Hilfsstrahlen eingerichtet durch die Auswahl unterschiedlicher bestimmter Wellenlängen (insbesondere unterschiedlicher Farben) vorzugsweise des sichtbaren Spektralbereichs.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Musterbestandteil, insbesondere das durch den zumindest einen Hauptstrahl und/oder durch den zumindest einen Hilfsstrahl projizierte zumindest eine Musterbestandteil, als Referenz für die Abstandsmessung, vorzugsweise für eine Laser-Abstandsmessung, dient. Von Vorteil ist dabei, dass sehr wenige Abstandsmessungen, vorzugsweise lediglich eine Abstandsmessung, notwendig ist/sind und dabei der Abstand zum wenigstens einen Objekt sehr genau bestimmbar ist.
Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn der zumindest eine Hauptstrahl und/oder der zumindest eine Hilfsstrahl durch zumindest einen Laser und/oder zumindest eine LED-Lichtquelle projiziert wird/werden. Insbesondere wenn der Hauptstrahl und/oder der Hilfsstrahl als Messstrahl für eine Laser-Abstandsmessung verwendet wird.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag besteht darin, dass eine, beispielsweise die genannte wenigstens eine Aufnahmevorrichtung fest und in einem definierten Abstand mit einem, insbesondere zusätzlichen, vorzugsweise dem zuvor beschriebenen Musterprojektor entsprechenden Musterprojektor gekoppelt wird und anhand des zusätzlichen Musterprojektors wenigstens ein zusätzliches Muster auf das wenigstens eine Objekt projiziert wird. von Vorteil ist dabei, dass dadurch verhindert werden kann, dass durch den einen Musterprojektor zu wenige Musterbestandteile auf das wenigstens eine Objekt projiziert werden und somit eine Identifikation in den Einzelbildern der Folge eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile nicht möglich wäre. Hierbei ist es erforderlich, dass der Abstand („Baseline”) zwischen der wenigstens einen Aufnahmevorrichtung und dem zusätzlichen, insbesondere ortsungebundenen Musterprojektor bekannt und/oder konstant ist. Auf diese Weise ergibt sich somit ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem für die Einzelbilder jeweils ein Muster durch den ortsgebundenen Musterprojektor und/oder ein zusätzliches Muster durch den zusätzlichen Musterprojektor auf das wenigstens eine Objekt projiziert werden. Insbesondere hat die Kopplung eines zusätzlichen Musterprojektors mit der wenigstens einen Aufnahmevorrichtung den Vorteil, dass der Benutzer die Projektion eines gewünschten Musters auf einem komplexen Objekt seinem Blickwinkel entsprechend besser einrichten kann. Bei diesem, vorzugsweise unabhängigen erfindungsgemäßen Vorschlag kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Muster mittels eines an die wenigstens eine Aufnahmevorrichtung gekoppelten Musterprojektors auf das Objekt projiziert wird. In diesem Fall ist eine Abstandsmessung des Abstandes zwischen Musterprojektor und Objekt nicht zwingend erforderlich, kann allerdings die Genauigkeit des Messergebnisses erhöhen. Es daher kann vorgesehen sein, dass bei einer Kopplung von Aufnahmevorrichtung und Musterprojektor keine Abstandsmessung vorgesehen ist.
Es kann zweckmäßig sein, wenn die Dimension des wenigstens einen, auf das wenigstens eine Objekt projizierten Musters einstellbar ist. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn die Dimension des wenigstens einen, auf das wenigstens eine Objekt projizierten Musters wenigstens etwa 5 Prozent, vorzugsweise wenigstens 10 Prozent, vorzugsweise wenigstens 20 Prozent, vorzugsweise wenigstens 30 Prozent der Größe des wenigstens einen Objektes beträgt. Durch den wenigstens einen Musterprojektor ist es auch möglich Muster zu projizieren, die größer oder kleiner als die zuvor genannten Größenangaben in Bezug auf die Objektgröße sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Gruppe der in den Einzelbildern der Folge zueinander korrespondierenden Musterbestandteile mittels Bildmerkmalsanalyse und/oder Segmentierung der jeweiligen Einzelbilder der Folge identifiziert werden. Von Vorteil ist dabei, dass einzelne Musterbestandteile getrennt voneinander weiterverarbeitbar sind.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Musterbestandteile des wenigstens einen Musters horizontal und/oder vertikal zueinander versetzt sind, vorzugsweise dass der Anfangs- und Endpunkt wenigstens einer Referenzlinie des wenigstens einen Musters horizontal und/oder vertikal zueinander versetzt sind.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das wenigstens eine Muster nacheinander auf zumindest teilweise unterschiedliche Teilbereiche des wenigstens einen Objektes projiziert und dieser Bereich aufgenommen wird, was jeweils einem Scanschritt entspricht, insbesondere wobei pro Scanschritt zumindest ein Einzelbild aufgenommen wird. Vorzugsweise werden so alle Teilbereiche des gesamten wenigstens einen Objektes mittels nacheinander durchgeführter Scanschritte aufgenommen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abmessung insbesondere eines großen und/oder schlecht zugänglichen Objektes anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens einfacher und/oder genauer bestimmt werden kann.
Weiter kann es vorgesehen sein, dass die skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangaben der wenigstens einen Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile mittels eines an sich bekannten Korrelationsverfahren, wie insbesondere mittels eines SLAM- und/oder Structure-from-Motion-Verfahrens berechnet werden.
Bei der Bestimmung zumindest einer Abmessungen des wenigstens einen Objektes anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Länge, ein Flächeninhalt und/oder ein Rauminhalt aus den skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangaben der zueinander korrespondierenden Musterbestandteile berechnet wird/werden und/oder dass die wenigstens eine Gruppe von zueinander korrespondierenden Musterbestandteilen mittels einer Ausgabeeinheit an einem einer skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangabe entsprechenden Bildpunkt ausgegeben wird.
Besonders günstig ist es, wenn aus den dreidimensionalen Positionsangaben ein 3D-Bild des Objektes berechnet wird. Das 3D-Bild kann beispielsweise als 3D-Modell erzeugt werden.
Weiterhin sind zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß die Merkmale des nebengeordneten, auf eine Vorrichtung gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass die Vorrichtung wenigstens einen Musterprojektor zur Projektion wenigstens eines Musters aus zumindest zwei Musterbestandteilen auf das wenigstens eine Objekt und eine oder keine Abstandsmessvorrichtung zur Bestimmung des Abstandes zwischen Musterprojektor und zumindest einem Musterbestandteil umfasst, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung zur Identifikation wenigstens einer Gruppe von zueinander korrespondierenden Musterbestandteilen in einer Folge von wenigstens zwei mit der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen, ortsaufgelösten Einzelbildern eingerichtet ist, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung zur Berechnung von skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangaben der wenigstens einen Gruppe von zueinander korrespondierenden Musterbestandteilen zur Berechnung zumindest einer Abmessung des wenigstens einen Objektes eingerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Benutzer die Aufnahmevorrichtung vorzugsweise unabhängig vom Musterprojektor platzieren kann. Während der Aufnahme einer Folge von wenigstens zwei mit der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen, ortsaufgelösten Einzelbildern kann es vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Musterprojektor raumfest angeordnet ist, so dass ausreichend Zeit zur Verfügung steht, mittels der ebenfalls raumfesten Abstandsmessvorrichtung eine Distanzmessung auszuführen, wobei eine, beispielsweise die erwähnte wenigstens eine Aufnahmevorrichtung vorzugsweise tragbar, insbesondere handhaltbar, ausgebildet ist.
Es kann zweckmäßig sein, wenn der wenigstens eine Musterprojektor derart eingerichtet ist, dass er eine Einstellung der Dimension und/oder zumindest einer Wellenlänge der projizierten Musterbestanteile ermöglicht und/oder dass das wenigstens eine Muster auf eine, insbesondere ideale Größe von wenigstens etwa 5 Prozent, vorzugsweise wenigstens 10 Prozent, vorzugsweise wenigstens 20 Prozent, vorzugsweise wenigstens 30 Prozent der Größe des wenigstens einen Objektes einstellbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Muster mittels des Musterprojektors individuell an die Größe des wenigstens einen Objektes anpassbar ist, so dass eine ideale Größe des als Referenz verwendeten Musters einstellbar ist.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der wenigstens eine Musterprojektor als Lichtquelle wenigstens einen Laser und/oder wenigstens eine LED-Lampe aufweist und/oder dass der wenigstens eine Musterprojektor einen oder mehrere optische Filter, vorzugsweise einen oder mehrere Kantenfilter, zum Einstellen einer bestimmten Wellenlänge oder mehrerer bestimmter Wellenlängen aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass eine, beispielsweise die bereits erwähnte Abstandsmessvorrichtung als Laser-Distanz-Messvorrichtung ausgebildet ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie die wenigstens eine Gruppe von zueinander korrespondierenden Musterbestandteilen mittels Bildmerkmalsanalyse und/oder Segmentierung identifiziert, wobei diese wenigstens eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile auf das Objekt projizierbar ist. vorzugsweise ist die Bildverarbeitungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart eingerichtet, dass sie als zueinander korrespondierende Musterbestandteile optional auch natürliche Merkmale des wenigstens einen Objektes berücksichtigen kann.
Als natürliche Merkmale werden wahrnehmbare Merkmale, insbesondere strukturelle Merkmale, des wenigstens einen Objektes bezeichnet, die nicht durch einen Musterprojektor projiziert werden, sondern durch das Objekt selbst ausgebildet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass der Musterprojektor ortsgebunden ausgebildet ist und/oder die wenigstens eine Aufnahmevorrichtung tragbar ausgebildet ist, vorzugsweise wobei die wenigstens eine Aufnahmevorrichtung fest und in einem definierten Abstand mit einem zusätzlichen Musterprojektor gekoppelt ist.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung einer Scanfunktion eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Muster nacheinander auf zumindest teilweise unterschiedliche Teilbereiche des wenigstens einen Objektes projizierbar ist und dieser Bereich mittels der wenigstens einen Aufnahmevorrichtung aufnehmbar ist, was jeweils einem Scanschritt entspricht, wobei pro Scanschritt vorzugsweise zumindest ein Einzelbild aufnehmbar ist, so dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise alle Teilbereiche des gesamten wenigstens einen Objektes mittels nacheinander durchgeführter Scanschritte aufnehmbar sind.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise ein Display, aufweist, insbesondere zur Ausgabe zumindest einer Abmessung, vorzugsweise einer Länge, eines Flächeninhaltes und/oder eines Rauminhaltes, des wenigstens einen Objektes. Vorzugsweise ist die Anzeigeeinrichtung derart ausgebildet, dass damit eine grafische, insbesondere dreidimensionale Darstellung des Objektes darstellbar ist.
Die hierin beschriebene und beanspruchte erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie hierin beschrieben und beansprucht.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Ansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
Es zeigt:
1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in stark vereinfachter Darstellung zur Erläuterung der Erfindung;
2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in stark vereinfachter Darstellung zur Erläuterung der Erfindung;
3 eine mit einem Musterprojektor gekoppelte Aufnahmevorrichtung in stark vereinfachter Darstellung.
Die 1 und 2 zeigen zwei verschiedene, in einer stark vereinfachten Prinzipiendarstellung abgebildete Ausführungsformen einer im Ganzen als 1 oder 10 bezeichneten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung zumindest einer Abmessung wenigstens eines Objektes 4. Das in den 1 bis 3 abgebildete Objekt 4 weist lediglich sehr wenige wahrnehmbare, natürliche Merkmale (X₂, X₃, X₄) auf. Das Objekt 4 kann beispielsweise eine Gebäudewandung, eine Decke und/oder ein Boden sein.
Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 10 umfassen einen ortsgebundenen Musterprojektor 3 zur Projektion wenigstens eines Musters 8, eine Aufnahmevorrichtung 2 zur Aufnahme einer Folge von wenigstens zwei, aus mehreren Pixeln zusammengesetzten, ortsaufgelösten Einzelbildern des wenigstens einen Objektes 4, eine Abstandsmessvorrichtung 6 zur Bestimmung des Abstandes (d₀, d₁) zwischen Musterprojektor 3 und zumindest einem Musterbestandteil X₀, X₁ und eine Bildverarbeitungsvorrichtung (nicht dargestellt).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß 1 weist eine mobile, vorzugsweise tragbare und/oder handhaltbare Aufnahmevorrichtung 2 auf. Während der Aufnahme eines oder mehrerer aus mehreren Pixeln zusammengesetzter, ortsaufgelöster Einzelbilder anhand der Aufnahmevorrichtung 2, wird mittels eines Musterprojektors 3 ein Muster 8 bestehend aus zwei Musterbestandteilen X₀, X₁ auf das Objekt 4 projiziert. Der Musterprojektor 3 ist dabei stationär an Position P₂ angeordnet, während die Aufnahmevorrichtung 2 derart ausgebildet ist, dass sie nicht ortsgebunden, sondern ihre Position, insbesondere ihre jeweilige Aufnahmeposition P₀, P₁ für die Aufnahme von jeweils zumindest einem Einzelbild, variierbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 aus 1 ist vorgesehen, dass zwei Abstandsmessungen für die Abstände d₀ und d₁ mittels der Abstandsmessvorrichtung 6 durchgeführt werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist der Musterprojektor 3 und die Abstandsmessvorrichtung 6 einheitlich ausgebildet. Mittels des Musterprojektors werden anhand jeweils eines Projektionsstrahls (Messstrahls) zwei Referenzpunkte X₀, X₁ für die Abstandsmessung auf das Objekt 4 projiziert. Die durch jeweils einen Strahl auf das Objekt projizierten Referenzpunkte sind für die Abstandsmessung durch die Abstandsmessvorrichtung 6 verwendbar. Das Muster 8 kann noch weitere Musterbestandteile umfassen, welche beispielsweise wie hier dargestellt natürliche Merkmale X₂, X₃, X₄ des Objektes 4 und/oder weitere projizierte Musterbestandteile 5 (nicht dargestellt) sein können. Die Bildverarbeitungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist derart eingerichtet, dass sie in den Einzelbildern der Folge eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile (beispielsweise X₀, X₁, X₂, X₃, X₄) identifiziert. Beispielsweise durch das bekannte Structure-from-Motion-Verfahren können, mit Hilfe der gemessenen Abstände d₀ und d₁, skalierte, insbesondere dreidimensionale Positionsangaben für die zuvor identifizierte Gruppe von Musterbestandteilen zur Bestimmung (Berechnung) zumindest einer Abmessung des wenigstens einen Objektes 4 automatisch berechnet werden.
Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung 10, die in 2 dargestellt ist, vorgesehen, dass nur eine Abstandsmessung des Abstandes d₀ mittels der Abstandsmessvorrichtung 6 vorzunehmen ist. Mittels des Musterprojektors 3 ist anhand eines Hauptstrahls ein Referenzpunkt X₀ für die Abstandsmessung auf das Objekt 4 projizierbar. Anhand des Musterprojektors 3 sind zudem mittels eines Hilfsstrahles noch weitere Musterbestandteile X₁, 5 auf das Objekt projizierbar. Das Muster 8 kann ferner noch weitere Musterbestandteile umfassen, welche beispielsweise (wie hier dargestellt) natürliche Merkmale X₂, X₃, X₄ des Objektes 4 sind. Die Bildverarbeitungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist derart eingerichtet, dass sie in den Einzelbildern der Folge eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5 identifiziert. Beispielsweise durch das bekannte Structure-from-Motion-Verfahren können mit Hilfe des gemessenen Abstandes d₀ skalierte, insbesondere dreidimensionale Positionsangaben für die zuvor identifizierte Gruppe von Musterbestandteilen zur Berechnung zumindest einer Abmessung des wenigstens einen Objektes 4 automatisch berechnet werden.
Der oder ein Musterprojektor 3, 3a der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 10 ist so eingerichtet, dass er zur Projektion des zumindest einen Hauptstrahls und des zumindest eine Hilfsstrahls unterschiedliche Wellenlängen verwendet. Des Weiteren kann damit eine Einstellung der Dimension der projizierten Musterbestanteile X₀, X₁, 5 vorgenommen werden. Von Vorteil kann es sein, wenn das wenigstens eine Muster 8 auf eine Größe von wenigstens etwa 5 Prozent, vorzugsweise wenigstens 10 Prozent, vorzugsweise wenigstens 20 Prozent, vorzugsweise wenigstens 30 Prozent der Größe des wenigstens einen Objektes 4 einstellbar ist.
Die Lichtquelle des oder eines Musterprojektors 3, 3a der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 10 weist wenigstens einen Laser und/oder wenigstens eine LED-Lampe auf. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Musterprojektor 3, 3a zumindest einen optischen Filter, vorzugsweise zumindest einen Kantenfilter, zum Einstellen einer Wellenlänge oder mehrerer Wellenlängen, insbesondere des Hauptstrahls und/oder des Hilfsstrahls, aufweist.
Die Abstandsmessvorrichtung 6 in den 1 und/oder 2 ist als Laser-Distanz-Messvorrichtung ausgebildet, wobei sich die Abstandsmessung der Abstände d₀ beziehungsweise d₁ zwischen Musterprojektor 3 und Objekt 4 auf den oder die durch den Musterprojektor 3 auf das Objekt 4 projizierten Referenzpunkte X₀ beziehungsweise X₁ bezieht.
Die Bildverarbeitungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 10 ist derart eingerichtet, dass sie die wenigstens eine Gruppe von zueinander korrespondierenden Merkmalsbestandteilen X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5 mittels Bildmerkmalsanalyse und/oder Segmentierung identifiziert, wobei diese wenigstens eine Gruppe zueinander korrespondierender Merkmalsbestandteile auf das Objekt projizierbar X₀, X₁, 5 ist und/oder wenigstens ein natürliches Merkmal X₂, X₃, X₄ des wenigstens einen Objektes 4 umfasst.
In 3 ist eine Aufnahmevorrichtung 2 dargestellt, die über eine feste Kopplung 7 in einem bekannten, vordefinierten Abstand („Baseline”) mit einem (insbesondere zusätzlichen) Musterprojektor 3a gekoppelt ist. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Abstandsmessung nicht zwingend erforderlich, kann die Genauigkeit der Bestimmung jedoch erhöhen. Besonders vorteilhaft kann es daher sein, wenn eine derart mit einem zusätzlichen Musterprojektor 3a gekoppelte Aufnahmevorrichtung 2 in Kombination mit einem ortsgebundenen Musterprojektor 3 verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass dadurch verhindert werden kann, dass durch den nicht mit der Aufnahmevorrichtung 2 gekoppelten Musterprojektor 3 zu wenige Musterbestandteile auf das wenigstens eine Objekt projiziert werden und somit eine Identifikation in den Einzelbildern der Folge eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile nicht möglich wäre.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, 10 ist weiter zur Durchführung einer Scanfunktion eingerichtet, wobei das wenigstens eine Muster 8 nacheinander auf zumindest teilweise unterschiedliche Teilbereiche des wenigstens einen Objektes 4 projizierbar ist und dieser Bereich mittels der wenigstens einen Aufnahmevorrichtung 2 aufnehmbar ist, was jeweils einem Scanschritt entspricht. Bei jedem Scanschritt wird vorzugsweise zumindest ein Einzelbild aufgenommen, so dass anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 10 vorzugsweise alle Teilbereiche des gesamten wenigstens einen Objektes 4 mittels nacheinander durchgeführter Scanschritte aufnehmbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, 10 weist eine Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise ein Display, auf (nicht dargestellt). Die Anzeigeeinrichtung dient zur Ausgabe zumindest einer Abmessung, vorzugsweise einer Länge, eines Flächeninhaltes und/oder eines Rauminhaltes, des wenigstens einen Objektes 4. Des Weiteren ist die Anzeigeeinrichtung derart ausgebildet, dass damit eine grafische, insbesondere dreidimensionale Darstellung des Objektes anzeigbar ist.
Die in den 1 und 2 dargestellte und hierin beschriebene Vorrichtung 1, 10 eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

Claims

Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Abmessung wenigstens eines Objektes (4) dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt anhand eines Musterprojektors (3) wenigstens ein Muster (8) aus zumindest zwei Musterbestandteilen (X₀, X₁, 5) auf das wenigstens eine Objekt (4) projiziert wird, dass in einem zweiten Schritt wenigstens eine Abstandsmessung eines Abstandes (d₀, d₁) vom Musterprojektor (3) zum wenigstens einen Objekt (4), insbesondere zu einem der zumindest zwei Musterbestandteile (X₀, X₁, 5), durchgeführt wird, dass in einem dritten Schritt mit wenigstens einer Aufnahmevorrichtung (2) während einer Musterprojektion eine Folge von wenigstens zwei, aus mehreren Pixeln zusammengesetzten, ortsaufgelösten Einzelbildern des wenigstens einen Objektes (4) aus jeweils unterschiedlichen Aufnahmeperspektiven (P₀, P₁) aufgenommen wird, dass in einem vierten Schritt in den Einzelbildern der Folge eine Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) identifiziert wird, und dass in einem fünften Schritt für die im vierten Schritt identifizierte Gruppe von Musterbestandteilen (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) mit Hilfe des gemessenen Abstandes skalierte, insbesondere dreidimensionale Positionsangaben zur Berechnung der zumindest einen Abmessung des wenigstens einen Objektes (4) automatisch berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (8) wenigstens einen, durch zumindest einen Hauptstrahl projizierten Musterbestandteil (X₀, X₁), insbesondere einen Referenzpunkt, und/oder wenigstens einen, durch zumindest einen Hilfsstrahl projizierten Musterbestandteil (5), insbesondere einen Referenzpunkt, eine Referenzlinie und/oder ein Referenzmuster, umfasst, wobei vorzugsweise zusätzlich zumindest ein natürliches Merkmal (X₂, X₃, X₄) des Objektes (4) in der Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) umfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Projektion des zumindest einen Hauptstrahls und des zumindest eine Hilfsstrahls unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Musterbestandteil (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5), insbesondere das durch den zumindest einen Hauptstrahl projizierte zumindest eine Musterbestandteil (X₀, X₁), als Referenz für die Abstandsmessung, vorzugsweise für eine Laser-Abstandsmessung, dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Hauptstrahl und/oder der zumindest eine Hilfsstrahl durch zumindest einen Laser und/oder zumindest eine LED-Lichtquelle projiziert wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aufnahmevorrichtung (2) fest und in einem definierten Abstand mit einem zusätzlichen Musterprojektor (3a) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gekoppelt wird und anhand des zusätzlichen Musterprojektors (3a) wenigstens ein zusätzliches Muster (8) auf das wenigstens eine Objekt (4) projiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimension des wenigstens einen, auf das wenigstens eine Objekt projizierten Musters (8) einstellbar ist und/oder wenigstens etwa 5 Prozent, vorzugsweise wenigstens 10 Prozent, vorzugsweise wenigstens 20 Prozent, vorzugsweise wenigstens 30 Prozent der Größe des wenigstens einen Objektes beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der in den Einzelbildern der Folge zueinander korrespondierenden Musterbestandteile (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) mittels Bildmerkmalsanalyse und/oder Segmentierung der jeweiligen Einzelbilder der Folge identifiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Musterbestandteile (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) des wenigstens einen Musters (8) horizontal und/oder vertikal zueinander versetzt sind, vorzugsweise dass der Anfangs- und Endpunkt wenigstens einer Referenzlinie des wenigstens einen Musters (8) horizontal und/oder vertikal zueinander versetzt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Muster (8) nacheinander auf zumindest teilweise unterschiedliche Teilbereiche des wenigstens einen Objektes (4) projiziert und dieser Bereich aufgenommen wird, was jeweils einem Scanschritt entspricht, insbesondere wobei pro Scanschritt zumindest ein Einzelbild aufgenommen wird, vorzugsweise so dass alle Teilbereiche des gesamten wenigstens einen Objektes (4) mittels nacheinander durchgeführter Scanschritte aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangaben der wenigstens einen Gruppe zueinander korrespondierender Musterbestandteile (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) mittels eines SLAM- und/oder Structure-from-Motion-Verfahrens berechnet werden und/oder dass aus den dreidimensionalen Positionsangaben ein 3D-Bild des Objektes (4) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Abmessung, insbesondere wenigstens eine Länge, ein Flächeninhalt und/oder ein Rauminhalt, aus den skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangaben berechnet wird/werden und/oder dass die wenigstens eine Gruppe von zueinander korrespondierenden Musterbestandteile (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) mittels einer Ausgabeeinheit an einem einer skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangabe entsprechenden Bildpunkt ausgegeben wird.
Vorrichtung (1, 10) zur Bestimmung zumindest einer Abmessung wenigstens eines Objektes (4), wobei die Vorrichtung (1, 10) wenigstens eine Aufnahmevorrichtung (2) und eine Bildverarbeitungsvorrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 10) wenigstens einen Musterprojektor (3, 3a) zur Projektion wenigstens eines Musters (8) aus zumindest zwei Musterbestandteilen (X₀, X₁, 5) auf das wenigstens eine Objekt (4) und eine Abstandsmessvorrichtung (6) zur Bestimmung des Abstandes (d₀, d₁) zwischen Musterprojektor (3, 3a) und zumindest einem Musterbestandteil (X₀, X₁, 5) umfasst, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung zur Identifikation wenigstens einer Gruppe von zueinander korrespondierenden Musterbestandteilen (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) in einer Folge von wenigstens zwei mit der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen, ortsaufgelösten Einzelbildern eingerichtet ist, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung zur Berechnung von skalierten, insbesondere dreidimensionalen Positionsangaben der wenigstens einen Gruppe von zueinander korrespondierenden Musterbestandteilen (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) zur Berechnung zumindest einer Abmessung des wenigstens einen Objektes (4) eingerichtet ist.
Vorrichtung (1, 10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Musterprojektor (3, 3a) derart eingerichtet ist, so dass er eine Einstellung der Dimension und/oder zumindest einer Wellenlänge der projizierten Musterbestanteile (X₀, X₁, 5) ermöglicht und/oder dass das wenigstens eine Muster (8) auf eine Größe von wenigstens etwa 5 Prozent, vorzugsweise wenigstens 10 Prozent, vorzugsweise wenigstens 20 Prozent, vorzugsweise wenigstens 30 Prozent der Größe des wenigstens einen Objektes (4) einstellbar ist.
Vorrichtung (1, 10) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Musterprojektor (3, 3a) als Lichtquelle wenigstens einen Laser und/oder wenigstens eine LED-Lampe aufweist und/oder dass der Musterprojektor einen oder mehrere optische Filter, vorzugsweise einen oder mehrere Kantenfilter, aufweist.
Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmessvorrichtung (6) als Laser-Distanz-Messvorrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie die wenigstens eine Gruppe von zueinander korrespondierenden Merkmalsbestandteilen (X₀, X₁, X₂, X₃, X₄, 5) mittels Bildmerkmalsanalyse und/oder Segmentierung identifiziert, wobei diese wenigstens eine Gruppe zueinander korrespondierender Merkmalsbestandteile auf das Objekt projizierbar (X₀, X₁, 5) ist und/oder wenigstens ein natürliches Merkmal (X₂, X₃, X₄) des wenigstens einen Objektes (4) umfasst.
Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Musterprojektor (3) ortsgebunden ausgebildet ist und/oder die wenigstens eine Aufnahmevorrichtung (2) tragbar ausgebildet ist, vorzugsweise wobei die wenigstens eine Aufnahmevorrichtung (2) fest und in einem definierten Abstand mit einem zusätzlichen Musterprojektor (3a) gekoppelt ist.
Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 10) zur Durchführung einer Scanfunktion eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Muster (8) nacheinander auf zumindest teilweise unterschiedliche Teilbereiche des wenigstens einen Objektes (4) projizierbar ist und dieser Bereich mittels der wenigstens einen Aufnahmevorrichtung (2) aufnehmbar ist, was jeweils einem Scanschritt entspricht, wobei pro Scanschritt vorzugsweise zumindest ein Einzelbild aufnehmbar ist, so dass anhand der Vorrichtung vorzugsweise zumindest annähernd alle Teilbereiche des gesamten wenigstens einen Objektes (4) mittels nacheinander durchgeführter Scanschritte aufnehmbar sind.
Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 10) eine Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise ein Display, aufweist, insbesondere zur Ausgabe zumindest einer Abmessung, vorzugsweise einer Länge, eines Flächeninhaltes und/oder eines Rauminhaltes, des wenigstens einen Objektes (4).
Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 13 bis 20 zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.