DE102018115176B3

DE102018115176B3 - Stereokamera und Verfahren zum Ausrichten

Info

Publication number: DE102018115176B3
Application number: DE102018115176.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Hofmann; Jens Gebauer; Ingolf Braune
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2038-06-26

Abstract

Es wird eine Stereokamera (10) zur Erfassung von dreidimensionalen Bilddaten eines Überwachungsbereichs (12) mit mindestens zwei Bildsensoren (16a, 16b), die in einer Stereobasis zueinander angeordnet sind, zur Aufnahme von Rohbildern des Überwachungsbereichs (12) aus unterschiedlicher Perspektive, mit einer Stereoskopieeinheit (24) zum Erzeugen der dreidimensionalen Bilddaten aus den Rohbildern und mit mindestens einem Peillichtsender (32a, 32b) zum Erzeugen eines Peillichtstrahls (36a, 36b) zum Ausrichten der Stereokamera (10) und/oder zum Überprüfen der Ausrichtung der Stereokamera (10) angegeben. Dabei ist der Peillichtsender (32a, 32b) dafür ausgebildet, eine Orientierung der Stereobasis anzuzeigen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stereokamera und ein Verfahren zum Ausrichten und/oder zum Überprüfen einer Ausrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 13.
Eine Stereokamera nimmt im Gegensatz zu einer üblichen zweidimensionalen Kamera Bilder auf, die in ihren Pixeln einen Abstandswert enthalten. Diese tiefenaufgelösten oder dreidimensionalen Bilddaten werden auch als Tiefenkarte bezeichnet. Um die erforderlichen Entfernungen zu schätzen, wird angelehnt an das menschliche räumliche Sehen eine Szene mit zwei Einzelkameras aus zwei verschiedenen Perspektiven aufgenommen. In diesen Bildern werden korrespondierende Merkmale bestimmt, deren Disparität genannter gegenseitiger Abstand aus den verschiedenen Perspektiven in eine Entfernung umgerechnet wird. Zu den erforderlichen Kameraparametern für diese Umrechnung zählt vor allem die Stereobasis, also der gegenseitige Abstand der beiden Einzelkameras.
Ein besonderes Anwendungsgebiet für Stereokameras ist die Sicherheitstechnik, deren primäres Ziel darin besteht, Personen vor Gefahrenquellen zu schützen, wie sie beispielsweise Maschinen im industriellen Umfeld darstellen. Die Maschine und deren Umgebung werden von der Stereokamera überwacht, und wenn demnach eine Situation vorliegt, in der eine Person gefährlich nahe an die Maschine zu gelangen droht, wird eine geeignete Absicherungsmaßnahme ergriffen.
In der Sicherheitstechnik beziehungsweise für den Personenschutz eingesetzte Sensoren müssen besonders zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm EN ISO 13849 für Maschinensicherheit und die Norm IEC61496 oder EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS). Zur Erfüllung dieser Sicherheitsnormen sind eine Reihe von Maßnahmen zu treffen, wie Funktionstests, sichere Auswertung beispielsweise durch redundante Auswertungskanäle oder eine Überwachung der Verschmutzung optischer Bauteile.
Ein grundlegender Schritt bei der Einrichtung einer Sicherheitsanwendung ist die Ausrichtung der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung. Das Sicherheitsprinzip erfordert in aller Regel virtuelle Volumina, wie Schutzbereiche oder Gefahrenstellen, die in einer wohldefinierten räumlichen Beziehung zur realen Szenerie stehen müssen, d.h. mit richtiger Größe, Position, Orientierung und dergleichen. Die notwendige präzise Ausrichtung wird zusätzlich dadurch erschwert, dass die Stereokamera entweder passiv oder mit für das menschliche Auge unsichtbarem Infrarotlicht arbeitet, so dass es in der realen Szenerie keine verlässlichen Anhaltpunkte für die momentane Ausrichtung gibt.
Es ist in vielfältigen Zusammenhängen bekannt, Peillichtsender für eine Ausrichtung zu verwenden. In der DE 20 2006 016 588 U1 wird ein Lichtgitter vorgestellt, das einen Ausrichtlichtsender aufweist, der zur Vermeidung von Wechselwirkungen mit der eigentlichen Sensorfunktion nur eingeschaltet wird, wenn im Aktivierungszyklus der Empfänger gerade kein Empfänger aktiv ist, der von dem Ausrichtlichtsender getroffen würde. Das alles ist sehr spezifisch für Lichtgitter ausgelegt.
Die EP 2 620 894 A1 betrifft einen Codeleser mit einer Zieleinrichtung, die mittels Lichtquelle und Mustererzeugungselement den Erfassungsbereich sichtbar macht. Die US 2008/0180537 A1 befasst sich mit einem Kamerasystem, das einen Projektor aufweist, um einem Benutzer zu ermöglichen, die Kamera in eine gewünschte Richtung zu drehen und ein gewünschtes Gesichtsfeld zu erfassen. Diese beiden Dokumente gehen jedoch nicht auf spezielle Problemstellungen im Zusammenhang mit Stereokameras ein.
Die WO2004/088245 A1 offenbart ein Verfahren, mit dem eine zentrale horizontale Epipolarlinie parallel zu einer Scanlinie eines CCD-Bildsensors ausgerichtet wird, ohne jedoch zu erläutern, wie das geschieht. In einer alternativen Ausführungsform wird ein Laserpointer auf eine Epipolarebene senkrecht zur Basislinie gerichtet, damit sich die Kamera selbst kalibrieren kann.
Die DE 20 2008 009 090 U1 stellt einen Lichttaster vor, der seinen Schaltzustand über eine visuell erfassbare Eigenschaft seines Sendelichtstrahls anzeigt. In der US 8 714 750 B2 projiziert ein an der Decke montierter Projektor einen Status mit Hilfe eines Lasers oder einer LED. Das befasst sich jeweils nicht mit der Ausrichtung.
Abgesehen von der anfänglichen Ausrichtung bei der Montage und Inbetriebnahme muss gerade für Sicherheitsanwendungen die Position und Orientierung auch im Betrieb regelmäßig überwacht werden, um sicherzustellen, dass die konfigurierten virtuellen Volumina noch zum Sichtfeld und damit zur Szenerie passen.
Die DE10 2005 063 217 B4 offenbart ein Verfahren zum Konfigurieren von Schutzfeldern für eine Stereokamera. Mit Hilfe von Setupmarken wird während des Konfigurationsvorgangs eine Konfigurationsebene kalibriert, insbesondere der Boden. Damit kann sich die Stereokamera elektronisch kalibrieren, aber die mechanische Ausrichtung wird vorausgesetzt beziehungsweise nicht mehr verbessert. Zudem gibt es Referenzmarken, die auch im Betrieb in der Szenerie verbleiben und deren Position im Betrieb überwacht wird. Mit den vielen verschiedenen Marken ist das ein relativ aufwändiges Konzept.
Aus der EP 2 202 994 B1 ist eine Stereokamera bekannt, bei der Teilbereiche aus einer aufgenommenen Szenerie ausgewählt werden, deren dreidimensionale Position als Referenz gespeichert und im Betrieb überwacht wird. Damit werden keine realen Referenzmarken benötigt. Mit der Ausrichtung der Stereokamera befasst sich die EP 2 202 994 B1 nicht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Ausrichtung einer Stereokamera zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Stereokamera und ein Verfahren zum Ausrichten und/oder zum Überprüfen einer Ausrichtung nach Anspruch 1 beziehungsweise 13 gelöst. Die Stereokamera umfasst zwei Bildsensoren, um Rohbilder eines Überwachungsbereichs aus zwei Perspektiven aufzunehmen. Die Verbindung zwischen den optischen Zentren der Bildsensoren oder Einzelkameras wird als Stereobasis bezeichnet. Eine Stereoskopieeinheit berechnet auf Grundlage von Kameraparametern, insbesondere der Stereobasis, mit Hilfe eines an sich bekannten Stereoalgorithmus' aus den Rohbildern dreidimensionale Bilddaten, die auch Tiefenkarte genannt werden. Der effektive Überwachungsbereich, in dem die Rohbilder überlappen und eine Tiefenkarte erzeugt werden kann, wird auch als Korrelationsbereich bezeichnet. Die Stereokamera weist mindestens einen Peillichtsender zum Erzeugen eines Peillichtstrahls auf, der wiederum auf einer Fläche wie dem Boden einen Lichtfleck oder ein Lichtmuster erzeugt, das beim Ausrichten der Stereokamera unterstützt.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, mit Informationen des Peillichtsenders auch die Stereobasis auszurichten. Dazu wird von dem Peillichtsender deren Orientierung angezeigt, je nach Ausführungsform durch besondere Anordnung mehrere Peillichtsender und/oder Ausgestaltung der davon erzeugten Lichtmuster.
Eine bevorzugte Perspektive der Stereokamera ist diejenige von oben, etwa nach Montage unter einer Hallendecke im industriellen Umfeld, wo dann mit der Blickrichtung der Stereokamera auch der Peillichtsender nach unten ausgerichtet ist und sein Lichtmuster auf dem Boden oder einem darüber angeordneten Objekt erzeugt. Das Ausrichten erschöpft sich aber nicht in einer Orientierung nach unten, sondern vielmehr wird eine exakte Orientierung und laterale Positionierung mit wohldefiniertem Bezug zur Szenerie gefordert. Dies betrifft die Inbetriebnahme beziehungsweise Erstinstallation, aber auch eine regelmäßige Überprüfung während des Betriebs, ob die Stereokamera ihre Sicherheitsfunktion noch verlässlich wahrnehmen kann. Die Stereokamera ist bevorzugt eine Sicherheitskamera zur Realisierung von Sicherheitsanwendungen bei der Interaktion von Mensch und Maschine.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine präzise, verlässliche, schnelle, einfache und regelmäßig verifizierbare Ausrichtung der Stereokamera ermöglicht wird. Die Mensch-Maschine-Interaktion wird durch direkte Anzeigen und Darstellungen auf dem Boden oder einer anderen Fläche vereinfacht. Das kann in weiteren Ausführungsformen neben einer Ausrichthilfe und Verifikation der Ausrichtung auch weitere Informationen und Status der Stereokamera betreffen. Bei einem Austausch im Wartungsfall wird eine schnelle und einfache Wiederinbetriebnahme erreicht.
Der Peillichtsender ist bevorzugt in einer Reihe mit den Bildsensoren angeordnet. Der Peillichtsender liegt dann selbst auf der Stereobasis oder in deren Verlängerung.
Der Peillichtsender weist bevorzugt ein Mustererzeugungselement auf, um ein Lichtmuster mit einem Musterabschnitt parallel zur Stereobasis zu erzeugen. Das Mustererzeugungselement sorgt dafür, dass nicht nur einfache Lichtflecken als Ausrichthilfe genutzt werden können. So kann bereits ein einziger Peillichtsender genügen, um auch die Stereobasis anzuzeigen. Mit Hilfe eines oder mehrerer Peillichtsender können sowohl einzelne Punkte als auch komplexe Muster erzeugt werden, die größere Informationsmengen visualisieren.
Der Musterabschnitt ist vorzugsweise eine Linie längs der Stereobasis. Die Linie zeigt die Orientierung der Stereobasis unmittelbar und direkt nachvollziehbar an. Längs der Stereobasis bedeutet, dass auf der Linie die optischen Achsen der Bildsensoren verlaufen, natürlich gibt es einen Versatz in Tiefenrichtung, die eigentliche Stereobasis liegt ja im Inneren der Kamera. Die Orientierung der Stereobasis kann im Übrigen auch mit einem Parallelversatz auf der Projektionsfläche, also meist dem Boden, angezeigt werden, wenn die Linie die optischen Achsen der Bildsensoren nicht schneidet.
Vorzugsweise ist ein zweiter Peillichtsender aus der Stereobasis versetzt angeordnet, der ein Mustererzeugungselement aufweist, um ein Lichtmuster mit einem Musterabschnitt senkrecht zur Stereobasis zu erzeugen, so dass insgesamt ein Kreuz mit einem Balken längs der Stereobasis und einem Mittelpunkt im optischen Zentrum der Stereokamera entsteht. Es sind dann zwei Peillichtsender um 90° zueinander versetzt um das optische Zentrum der Stereokamera und in der Ebene der Stereobasis vorgesehen. Bei geeignetem Öffnungswinkel und geeigneter Orientierung der Peillichtsender kann dafür gesorgt werden, dass der Schnittpunkt des Kreuzes unabhängig vom Abstand zum Boden oder einer sonstigen Projektionsfläche in der Mitte entsprechend dem optischen Zentrum der Stereokamera verbleibt. Alternativ kann ein Kreuz auch schon mit einem einzigen Peillichtsender und entsprechendem Mustererzeugungselement erzeugt werden.
Die Stereokamera weist bevorzugt eine Beleuchtungseinheit zwischen den Bildsensoren sowie ein oder zwei Peillichtsender jeweils zwischen Beleuchtungseinheiten und einem der Bildsensoren auf, insbesondere in regelmäßiger gemeinsamer Reihenanordnung. Alle Einheiten weisen vorzugsweise in dieselbe Richtung, also beispielsweise nach unten. Die Beleuchtung macht aus der Stereokamera eine aktive Stereokamera, die unabhängig von natürlichen Strukturen in der Szenerie wird. Das ist auch unabhängig von dieser konkreten Ausführungsform der Peillichtsender besonders vorteilhaft. Die genannte regelmäßige Reihenanordnung von Bildsensor, Peillichtsender, Beleuchtung, Peillichtsender und Bildsensor in dieser Abfolge hat mehrere Vorteile. Zum einen zeigen die Peillichtsender die Orientierung der Stereobasis unabhängig vom Lichtmuster der einzelnen Peillichtsender schon durch die Anordnung ihrer beiden Lichtmuster an. Die Mitte dazwischen stellt den Durchstoßpunkt der optischen Achse der Beleuchtung und zugleich des Korrelationsbereichs, also des 3D-Sichtbereichs dar. Die Orte der Lichtmuster sind zugleich der Ort des stärksten Mittenreflexes, d.h. eines Direktreflex von der Beleuchtung in die jeweiligen Bildsensoren. Der Mittenreflex führt zu ungewünschten Übersteuerungen und Glanzeffekten, und da nun genau bekannt ist, wo der Mittenreflex erzeugt wird, können hier glänzende Flächen vermieden werden, oder die Reflexivität kann durch gezielte Maßnahmen vermindert werden.
Mindestens ein Peillichtsender ist bevorzugt dafür ausgebildet, eine Ecke des effektiven Erfassungsbereichs beziehungsweise Korrelationsbereichs anzuzeigen. Vorzugsweise sind vier solche Peillichtsender für alle Ecken vorgesehen, oder es gelingt, das Lichtmuster eines Peillichtsenders so weit zu spreizen, dass alle Ecken angezeigt werden. Damit ist jeweils der Korrelationsbereich sofort erkennbar.
Der Peillichtsender ist bevorzugt dafür ausgebildet, Informationen der Stereokamera zu projizieren. Dies ist eine mögliche Zusatzfunktion eines Peillichtsenders, um außer Ausrichtinformationen auch andere Informationen, Status und dergleichen anzuzeigen. Die Stereokamera hängt in den meisten Fällen in recht großer Höhe über der Szenerie, so dass Anzeigen direkt am Gerät leicht übersehen werden, Projektionen in die Szenerie hinein oder auf den Boden werden aber sehr wohl wahrgenommen. Die angezeigten Informationen können durch individuelle sichtbare Eigenschaften wie Farben, Blinkcodes und Lichtmuster unterschieden werden. Es ist auch vorstellbar, eine Bewegungsaktorik wie ein MEMS zu nutzen, um variable Lichtmuster zu projizieren.
Ein Lichtaustrittsbereich des Peillichtsenders ist bevorzugt dafür ausgebildet, einen Teil des ausgesandten Lichts aufzustreuen. Der Lichtaustrittsbereich ist nochmals bevorzugt ein Bereich einer transparenten Frontscheibe, welche das Gehäuse der Stereokamera nach vorne hin abschließt. Der teilweise aufgestreute Peillichtstrahl hat eine ähnliche optische Wirkung wie eine LED direkt am Gerät, so dass die Anzeige sowohl lokal an der Frontscheibe als auch projiziert in der Szenerie zu sehen ist.
Die Stereokamera weist bevorzugt eine Abstandsmesseinheit mit einem Peillichtempfänger zum Erzeugen eines Empfangssignals aus zurückgeworfenem Peilsenderlicht auf und ist dafür ausgebildet, aus dem Empfangssignal einen Abstand zu bestimmen. Mit Hilfe des Peillichtsenders wird so eine unabhängige Entfernungsmessung realisiert, mit welcher beim Einrichten oder während des Betriebs die Entfernungsschätzung des Stereoalgorithmus' überprüft und damit dessen korrekte Funktion verifiziert und/oder die Entfernungsschätzung kalibriert wird. Für diese zusätzliche Entfernungsmessung kann ein Triangulationsverfahren oder ein Lichtlaufzeitverfahren verwendet werden. Es ist vorstellbar, dass einer der Bildsensoren als Peillichtempfänger fungiert.
Die Stereokamera weist bevorzugt eine Halterung auf, die für ein Nachstellen von Position und/oder Orientierung der Stereokamera nach deren Montage ausgebildet ist. Zwar kann eine Halterung auch schon zumindest grob entsprechend der gewünschten Ausrichtung montiert werden. Es vereinfacht aber die Anpassung an Unebenheiten sowie eine Feinausrichtung, wenn die Halterung zumindest in gewissem Rahmen ein Nachstellen von Position und/oder Orientierung unterstützt. Es ist auch möglich, dass der oder die Peillichtsender ein eigenes Modul bilden, das an den Halter montiert werden kann, um den Halter vor der Montage der Stereokamera auszurichten. Dies hat den Vorteil, dass weniger Masse und damit Reibwiderstände beim Justieren überwunden werden müssen. Außerdem ergibt sich dadurch eine größere Freiheit für die Anordnung des Peillichtsenders.
In bevorzugter Weiterbildung ist eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Stereokamera und eines kooperativen Ziels zum Anbringen im Überwachungsbereich vorgesehen. Das kooperative Ziel ist insbesondere ein Aufkleber und wird bevorzugt auf dem Boden, nochmals bevorzugt in der Mitte des Korrelationsbereichs angebracht. Für die bloße Ausrichtung bei der Erstinstallation genügt es, das kooperative Ziel vorübergehend zu platzieren. Für weitere Funktionen wie die ständige Überwachung der Ausrichtung wird es aber bevorzugt permanent angeordnet.
Das kooperative Ziel weist bevorzugt ein Muster zum Ausrichten des kooperativen Ziels gegenüber einem gewünschten Erfassungsbereich auf, insbesondere Diagonalen, deren Verlängerung in die Ecken des Erfassungsbereichs zeigen. Dadurch kann das kooperative Ziel im Zentrum des Korrelationsbereichs angeordnet werden. Beispielsweise werden Richtschnüre zwischen den gegenüberliegenden Ecken gespannt und die Diagonalen des kooperativen Ziels damit zur Deckung gebracht. Das Muster kann im Übrigen auch die Form des kooperativen Ziels selbst oder diese Form zumindest Teil des Musters sein.
Das kooperative Ziel weist bevorzugt ein erwartetes Lichtmuster des Peillichtsenders auf. Das erwartete Lichtmuster kann von Toleranzzonen umgeben sein, innerhalb derer die Ausrichtung noch präzise genug ist, um die Funktion der Stereokamera und speziell die Sicherheitsfunktion zu gewährleisten. Anhand eines Vergleichs von Lichtmuster des Peilsenders und Solllage des erwarteten Lichtmusters lässt sich die Stereokamera sowohl bei der Installation ausrichten als auch später die Ausrichtung überprüfen. Vorzugsweise befinden sich das Muster zum Ausrichten auf einer Vorderseite und das erwartete Lichtmuster auf einer Rückseite des kooperativen Ziels, so dass zuerst die richtige Position für das kooperative Ziel gefunden wird, dieses dann umgedreht und am Boden angebracht und zum Ausrichten der Stereokamera genutzt wird.
Das kooperative Ziel weist bevorzugt eine Oberfläche auf, die einen direkten Reflex einer aktiven Beleuchtung der Stereokamera zumindest teilweise unterdrückt. Insbesondere in der oben erläuterten bevorzugten regelmäßigen Reihenanordnung mit zwei Peillichtsendern zwischen den Bildsensoren und einer aktiven Beleuchtung in der Mitte bezeichnen die Lichtmuster der Peillichtsender gerade den Ort, an dem der Mittenreflex oder direkte Reflex der aktiven Beleuchtung entsteht. Es ist also möglich, das kooperative Ziel in diesem Bereich gezielt so zu gestalten, dass der direkte Reflex der aktiven Beleuchtung in die Bildsensoren nicht entsteht oder zumindest abgeschwächt ist, etwa durch Aufstreuen oder Absorbieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ausrichten und/oder zum Überprüfen einer Ausrichtung einer Stereokamera, insbesondere einer erfindungsgemäß ausgebildeten Stereokamera, erzeugt die Stereokamera mit Hilfe mindestens eines Peillichtsenders einen Peillichtstrahl, an dem die momentane Ausrichtung erkannt wird. Der Peillichtstrahl zeigt eine Orientierung der Stereobasis der Stereokamera an, und anhand dessen wird die Stereobasis ausgerichtet und/oder deren Ausrichtung überprüft, sei es beim Einrichten oder im Betrieb.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden wie die Stereokamera und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
Vorzugsweise wird die Stereokamera mit Blickrichtung nach oben auf den Boden gelegt, woraufhin der Peillichtsender eine Montageposition der Stereokamera an der Decke anzeigt. Der Peillichtsender hat somit eine Zusatzfunktion, um die anfängliche, zumindest grob ausgerichtete Montage einer Halterung der Stereokamera deutlich zu vereinfachen. Es können insbesondere direkt die Positionen der Bohrlöcher projiziert werden. Für eine Feinjustierung nach Montage stellt vorzugsweise die Halterung noch Nachstellmöglichkeiten zur Verfügung.
Vorteilhafterweise wird zunächst ein kooperatives Ziel auf dem Boden angeordnet und die Stereokamera auf das kooperative Ziel gelegt, wobei das kooperative Ziel ein erwartetes Lichtmuster des Peillichtsenders aufweist. Damit wird von vorneherein der richtige Bezug zwischen kooperativem Ziel und Stereokamera hergestellt. Insbesondere ist das kooperative Ziel von Anfang an im Zentrum des späteren Erfassungsbereichs angeordnet. Das kooperative Ziel wird aber vorzugsweise nicht sofort fixiert, damit durch Verschieben von kooperativem Ziel samt darauf befindlicher Stereokamera noch eine geeignete Montageposition an der Decke gefunden werden kann, wo keine Kabel, Überstände oder dergleichen die Montage der Stereokamera behindern. Außerdem ist denkbar, statt der Stereokamera in ihrer Halterung das kooperative Ziel feinauszurichten, nachdem die Stereokamera an der Decke befestigt ist.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:

1 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Stereokamera und ihres Überwachungsbereichs;
2 eine Schnittdarstellung einer Anordnung von zwei Peillichtsendern in einer Stereokamera;
3 eine Vorderansicht auf die Anordnung gemäß 2;
4 eine schematische Darstellung der von den Peillichtsendern gemäß 2 und 3 auf dem Boden des Überwachungsbereichs projizierten Lichtmuster;
5 eine Schnittdarstellung einer weiteren Anordnung von zwei Peillichtsendern in einer Stereokamera;
6 eine Schnittdarstellung gemäß 5 in einer um 90° verdrehten Perspektive;
7 eine schematische Darstellung eines von Peillichtsendern gemäß 5 und 6 auf dem Boden des Überwachungsbereichs projizierten Lichtmusters;
8 eine schematische Darstellung eines alternativen von Peillichtsendern gemäß 5 und 6 auf dem Boden des Überwachungsbereichs projizierten Lichtmusters;
9 eine schematische Ansicht des Bodens des Überwachungsbereichs mit einem Aufkleber in dessen Mitte und Richtschnüren zur Anordnung des Aufklebers;
10 eine vergrößerte Ansicht des Aufklebers gemäß 9; und
11 eine beispielhafte Ansicht von Sollpositionen der von Peillichtsendern erzeugten Lichtmuster auf einem Aufkleber.

1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung den allgemeinen Aufbau einer Stereokamera 10 zur Aufnahme einer Tiefenkarte. Zur Erfassung eines Raumbereichs 12 sind zwei Kameramodule 14a, 14b in einem bekannten festen Abstand zueinander montiert und nehmen jeweils Bilder des Raumbereichs 12 auf. In anderen Ausführungsformen weist eine Stereokamera 10 auch drei oder mehr Kameramodule auf, die dann insbesondere paarweise für eine Stereokorrelation genutzt werden. In jedem Kameramodul 14a, 14b ist ein Bildsensor 16a, 16b vorgesehen, üblicherweise ein matrixförmiger Aufnahmechip, der ein rechteckiges Pixelbild aufnimmt, beispielsweise ein CCD- oder ein CMOS-Sensor. Den Bildsensoren 16a, 16b ist je ein Objektiv 18a, 18b mit einer abbildenden Optik zugeordnet, welche in der Praxis als jedes bekannte Abbildungsobjektiv realisiert sein können. Der maximale Sichtwinkel dieser Optiken ist in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt, die jeweils ein Sichtfeld 20a, 20b bilden.
Zwischen den beiden Bildsensoren 16a, 16b ist eine Beleuchtungseinheit 22 vorgesehen, um den Raumbereich 12 mit einem strukturierten Muster auszuleuchten. Die dargestellte Stereokamera ist demnach für aktive Stereoskopie ausgebildet, bei der das Muster auch einer an sich strukturlosen Szenerie überall auswertbare Kontraste aufprägt. Alternativ ist keine oder eine homogene Beleuchtung vorgesehen, um die natürlichen Objektstrukturen im Raumbereich 12 auszuwerten, was aber regelmäßig zu zusätzlichen Bildfehlern führt.
Mit den beiden Bildsensoren 16a, 16b und der Beleuchtungseinheit 22 ist eine Steuer- und Auswertungseinheit 24 verbunden. Die Steuer- und Auswertungseinheit 24 kann in verschiedenster Hardware implementiert sein, beispielsweise digitalen Bausteinen wie Mikroprozessoren, ASICs (Application Specific Integrated Circuit), FPGAs (Field Programmable Gate Array), GPUs (Graphics Processing Unit) oder Mischformen davon, die beliebig auf interne und externe Komponenten verteilbar sind, wobei externe Komponenten auch über Netzwerk oder eine Cloud eingebunden sein können, soweit Latenzen beherrscht oder toleriert werden können. Da das Erzeugen der Tiefenkarte und deren Auswertung sehr rechenintensiv sind, wird vorzugsweise eine zumindest teilweise parallele Architektur gebildet.
Die Steuer- und Auswertungseinheit 24 erzeugt mit Hilfe der Beleuchtungseinheit 22 das strukturierte Beleuchtungsmuster und empfängt Bilddaten der Bildsensoren 16a, 16b. Aus diesen Bilddaten berechnet sie mit Hilfe einer stereoskopischen Disparitätsschätzung die 3D-Bilddaten beziehungsweise die Tiefenkarte des Raumbereichs 12. Der gesamte erfassbare Raumbereich 12 oder auch Arbeitsbereich kann über eine Konfiguration eingeschränkt werden, beispielsweise um störende oder nicht notwendige Bereiche auszublenden.
Eine wichtige sicherheitstechnische Anwendung der Stereokamera 10 ist die Überwachung einer Maschine 26, die in der 1 durch einen Roboter symbolisiert ist. Für den Einsatz in der Sicherheitstechnik ist die Stereokamera 10 vorzugsweise eine Sicherheitskamera im Sinne der einleitend genannten oder vergleichbaren Normen. Die Maschine 26 kann auch wesentlich komplexer sein als gezeigt, aus vielen Teilen bestehen oder sogar eigentlich eine Anordnung mehrerer Maschinen sein, etwa mehrerer Roboter oder Roboterarme. Vorzugsweise wird die gefahrbringende Maschine 26 für die Auswertung als mindestens eine fixe oder wechselnde Gefahrenstelle modelliert. Eine Gefahrenstelle ist ein Raumbereich, in dem die Maschine 26 in einem jeweiligen Zeitabschnitt Arbeitsbewegungen ausführt, oder etwas allgemeiner ein Raumbereich, der zum Schutz vor Verletzungen durch die Arbeitsbewegungen von Personen nicht berührt werden darf. Eine Gefahrenstelle kann die Maschine 26 oder Teilbereiche der Maschine 26 mit etwas Abstand umgeben, um den Arbeitsbewegungen ausreichend Spiel zu lassen und um Gefahrenstellen durch einfache geometrische Körper wie Quader oder Kugeln darstellen zu können.
Eine bevorzugte Auswertung ist eine Abstandsüberwachung beispielsweise für eine Mensch-Roboter-Kollaboration unter Berücksichtigung von DIN EN ISO 10218 beziehungsweise ISO/TS 15066. Dabei werden mit Hilfe der Bilddaten der Stereokamera 10 die Objekte 28 erfasst und der kürzeste Abstand eines Objekts 28 zu der Maschine 26 beziehungsweise einer für die Maschine 26 erzeugten Gefahrenstelle berechnet. Der kürzeste Abstand wird über eine sichere Schnittstelle 30 an eine Steuerung ausgegeben, entweder direkt an die Steuerung der Maschine 26 oder an eine Zwischenstation wie eine sichere Steuerung. In der Steuerung wird der kürzeste Abstand ausgewertet. Im Gefährdungsfall wird eine sicherheitsgerichtete Reaktion eingeleitet, um beispielsweise die Maschine 26 anzuhalten, abzubremsen oder ausweichen zu lassen. Ob dies erforderlich ist, kann neben dem kürzesten Abstand von weiteren Bedingungen wie den Geschwindigkeiten oder der Beschaffenheit von Objekt 28 und dem Maschinenbereich 26 der drohenden Kollision abhängen. Die Sicherheitsbewertung kann alternativ in der Steuer- und Auswertungseinheit 24 selbst erfolgen.
Eine Sicherheitsanwendung wie beschrieben, basierend auf einem kürzesten Abstand, ist auch nur ein Beispiel, es sind andere Sicherheitskonzepte denkbar, etwa Schutzfelder oder -räume mit Auslösen einer sicherheitsgerichteten Reaktion, sobald darin ein unzulässiges Objekt erfasst wird.
Vor der Inbetriebnahme wird die Stereokamera 10 an dem gewünschten zu überwachenden Raumbereich 12 montiert. Die dargestellte Montage an einer Decke oder an einer Konstruktion mit Blick nach unten ist besonders vorteilhaft, aber nicht zwingend. Viele Anwendungen einschließlich der genannten Sicherheitsanwendungen insbesondere mit Schutzfeldern oder Gefahrenstellen sind auf eine präzise Ausrichtung der Stereokamera 10 angewiesen, damit die internen Erwartungen beispielsweise an derartige virtuelle Volumina mit der tatsächlichen Szenerie übereinstimmt. Das gilt für die Ersteinrichtung und Wartung, aber auch während des Betriebs ist eine regelmäßige oder ständige Überwachung beziehungsweise Überprüfung der Ausrichtung vorteilhaft, im Falle von Sicherheitsanwendungen sogar zwingend erforderlich.
Für die Ausrichtung beziehungsweise Überwachung der Ausrichtung weist die Stereokamera 10 mindestens einen Peillichtsender 32a, 32b auf. In 1 sind beispielhaft zwei Peillichtsender 32a, 32b eingezeichnet. Während die Beleuchtungseinheit 22 vorzugsweise mit Infrarotlicht arbeitet, erzeugen die Peillichtsender 32a, 32b Licht im sichtbaren Spektrum. Sie nutzen Lichtquellen wie LEDs oder Laser. Für die Erzeugung von Lichtmustern sind verschiedenste optische Technologien bekannt, wie diffraktive optische Elemente, Dias, Linsenanordnungen und mehr, auf die hier aber nicht näher eingegangen wird. Verschiedene Ausführungsformen der Peillichtsender 32a, 32b, ihrer Anordnung, Ausprägung und Verwendung werden nun unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren genauer erläutert.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der Stereokamera 10 und ergänzend in 3 eine Draufsicht auf deren Stereoträger, also praktisch eine Sicht von unten auf die Stereokamera 10. Die Beleuchtungseinheit 22 befindet sich in der Mitte zwischen den beiden Kameramodulen 14a, 14b, und die optischen Achsen sind parallel zueinander. Während in 1 die Sichtfelder 20a, 20b vereinfachend vollständig überlappen, ist dies in 2 mit allerdings übertriebenen exklusiven Anteilen nur teilweise der Fall. Realistisch ist, dass es einen Korrelationsbereich 34 gibt, in dem effektiv Entfernungen geschätzt werden, der kleiner ist als die Sichtfelder 20a, 20b und in dem die Sichtfelder 20a, 20b sowie das Beleuchtungsfeld 22a der Beleuchtungseinheit 22 überlappen.
Zwei Peillichtsender 32a, 32b befinden sich in Reihenanordnung mit der Beleuchtungseinheit 22 und den Kameramodulen 14a, 14b beziehungsweise deren hier nicht gesondert gezeigten Bildsensoren 16a, 16b. Die Peillichtsender 32a, 32b sind überdies vorzugsweise mittig angeordnet, so dass sich insgesamt eine regelmäßige Reihenanordnung ergibt. Die von den Peillichtsendern 32a, 32b erzeugten Peillichtstrahlen 36a, 36b weisen parallel zu den optischen Achsen der Kameramodule 14a, 14b und der Beleuchtungseinheit 22 nach unten.
4 zeigt beispielhafte Lichtmuster 38a, 38b, hier Fadenkreuze, die von den Peillichtsendern 32a, 32b auf dem Boden oder der sonstigen nächsten Projektionsfläche in dem Korrelationsbereich 34 erzeugt werden. Aufgrund der Anordnung der Peillichtsender 32a, 32b ist sofort erkennbar, wie die Stereokamera 10 orientiert ist, da die Verbindungslinie zwischen den beiden Lichtmustern 38a, 38b parallel zu der Stereobasis verläuft, also der Verbindungslinie zwischen den Kameramodulen 14a, 14b. Weiterhin zeigt die Mitte der Verbindungslinie zwischen den beiden Lichtmustern 38a, 38b den Punkt an, wo die optische Achse der Beleuchtung den Boden schneidet. Dies gilt unabhängig von der Neigung der Stereokamera 10, und dadurch deren optisches Zentrum sehr einfach ermittelt werden. Ansonsten wäre dieser Punkt nur sehr schwer ermittelbar, da sich ein Peillichtsender, der das direkt mit einem Peillichtstrahl anzeigt, direkt auf der optischen Achse der Beleuchtungseinheit 22 befinden müsste. Schließlich zeigen die Lichtmuster 38a, 38b auch genau die Stelle an, wo hauptsächlich der als Mittenreflex bezeichnete direkte Reflex von der Beleuchtungseinheit 22 über den Boden in die Kameramodule 14a, 14b auftritt. Dadurch ist sofort ersichtlich, welche Bereiche am Boden Eigenblendungsprobleme verursachen. Die Stereokamera 10 kann daher so montiert werden, dass glänzende oder sonst problematische Oberflächen in diesen Bereichen nicht vorkommen, oder die Oberflächen werden dort abgestumpft oder sonst geeignet angepasst.
Die 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Stereokamera 10 mit alternativer Anordnung zweier Peillichtsender 32a, 32b in zwei Schnittansichten aus zueinander orthogonaler Perspektive. Einer der Peillichtsender 32a bleibt zwischen einem Kameramodul 14a und der Beleuchtungseinheit 22 angeordnet, wird aber nach innen hin verkippt. Der andere Peillichtsender 32b wird auf eine Linie senkrecht zu der Reihenanordnung auf Höhe der Beleuchtungseinheit 22 angeordnet und ebenfalls nach innen verkippt.
Die 7 und 8 zeigen Beispiele der von den Peillichtsendern 32a, 32b in dem Korrelationsbereich 34 erzeugten Lichtmuster 38a, 38b. Die Peillichtsender 32a, 32b weisen jeweils einen Mustergenerator auf, so dass als Lichtmuster 38a, 38b jeweils eine Linie und insgesamt ein Kreuz mit Schnittpunkt im optischen Zentrum entsteht. Der Grad der Verkippung der beiden Peillichtsender 32a, 32b ist vorteilhaft gerade so gewählt, dass der eine Endpunkt der jeweiligen Linie senkrecht nach unten projiziert wird, so dass dessen laterale Lage unabhängig von der Montagehöhe beziehungsweise allgemeiner vom Abstand zwischen Stereokamera 10 und Projektionsfläche ist. Die Längen der Linien variiert mit der Montagehöhe und liefern dem Anwender damit eine weitere Ausrichtinformation, wie durch die Veränderungen zwischen 7 und 8 illustriert. Durch die Wahl unterschiedlicher Öffnungswinkel der Peillichtsender 32a, 32b und damit unterschiedlicher Linienlängen können in dem projizierten Kreuz auch Richtungen codiert werden.
Die Peillichtsender 32a, 32b können in ihrer Anordnung, Ausrichtung und in den von ihnen projizierten Lichtmustern 38a, 38b weiter variieren. So sind Punkte, Linien, sich berührende oder schneidende Linien und diverse andere Lichtmuster 38a, 38b vorstellbar, die neben der Stereobasis und der Lage des optischen Zentrums weitere Ausrichtinformationen anzeigen. Beispielsweise ist denkbar, mit zumindest einem zusätzlichen Peillichtstrahl 36a, 36b zumindest eine Ecke, vorzugsweise alle Ecken des Korrelationsbereichs 34 anzuzeigen. Dazu werden die Peillichtstrahlen 36a, 36b vorzugsweise längs der Kanten der Sichtpyramide der Stereokamera 10 geführt und leuchten für alle Orientierungen und Anbringungshöhen in die Bildecken des Korrelationsbereichs 34. Die Anzeige aller vier Ecken ist besonders intuitiv. Allerdings lassen sich Höhe und Orientierung der Stereokamera 10 bereits mit drei Peillichtstrahlen 32a, 32b eindeutig festlegen.
In Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, Marker oder kooperative Ziele in dem Raumbereich 12 anzubringen, die für das Ausrichten genutzt werden oder permanent in der Szenerie verbleiben. 9 zeigt den Korrelationsbereich 34 von oben mit einem Aufkleber 40, der als Beispiel eines kooperativen Ziels zentral in dem Korrelationsbereich 34 angeordnet wird.
Bei der Montage der Stereokamera 10 kann es genügen, den Aufkleber 40 zunächst nur mit mäßiger Präzision nach Augenmaß zu positionieren. Die genaue Ausrichtung erfolgt dann anschließend durch Freiheitsgrade der Stereokamera 10 in ihrer Halterung unter Zuhilfenahme der Peillichtsender 32a, 32b.
Die 9 und 10 illustrieren ein Verfahren, mit dem schon anfänglich eine recht hohe Genauigkeit erreicht wird. Mit zwei zwischen gegenüberliegenden Ecken des gewünschten Arbeitsbereichs gespannten Richtschnüren 42 wird, wie in 9 gezeigt, der Mittelpunkt des Korrelationsbereichs 34 festgelegt. Der in 10 gezeigte Aufkleber 40 weist zwei entsprechende Diagonalen 44 auf, die an den Richtschnüren 42 ausgerichtet werden. Der Aufkleber 40 kann anders als in 10 selbst eine Form aufweisen, die dem Seitenverhältnis des Korrelationsbereichs 34 entspricht, dann genügt es, dessen Ecken an den Richtschnüren 42 auszurichten, und die Diagonalen 44 werden nur unterstützend verwendet oder auch weggelassen. Ohnehin sind Richtschnüre 42 nur ein Beispiel, wie die durch Muster und/oder Form des Aufklebers 40 angezeigte Orientierung in Übereinstimmung mit dem gewünschten Arbeitsbereich beziehungsweise dem Korrelationsbereich 34 gebracht werden kann.
Nachdem das Zentrum des gewünschten Korrelationsbereichs 34 und die Position des Aufklebers 40 gefunden sind, wird die Stereokamera 10 senkrecht darüber montiert. Wie schon erwähnt, wird die Stereokamera 10 vorzugsweise in einer Halterung angebracht, die noch ein Nachjustieren in Position und/oder Orientierung ermöglicht, so dass die Montage selbst nicht zwingend ganz exakt erfolgen muss. Dennoch ist es natürlich vorteilhaft, wenn bereits die Montage möglichst genau erfolgt.
Eine vorteilhafte Möglichkeit dafür ist, die Stereokamera 10 zunächst mit Blickrichtung nach oben auf dem Aufkleber 40 und damit auf dem Boden zu platzieren. Es ist denkbar, an deren Gehäuse eine Markierung anzubringen, die mit einer Markierung des Aufklebers 40 korrespondiert, um hier eine genaue Position der Stereokamera 10 zu finden. Mit Hilfe der Peillichtsender 32a, 32b wird nun die Montageposition an die Decke projiziert und dort mit einem Stift oder dergleichen angezeichnet. Es können sogar unmittelbar Positionen der Bohrlöcher projiziert werden, und das Anzeichnen kann entfallen. Die Halterung wird dann angebracht und die Stereokamera 10 daran befestigt.
Der Aufkleber 40 hat damit eine erste Funktion erfüllt, nämlich für die Erstmontage der Stereokamera 10 als Orientierung für deren Anbringungsort zu dienen, wobei der Aufkleber 40 bis hierhin vorzugsweise noch gar nicht festgeklebt wurde. Vorzugsweise hat der Aufkleber 40 noch weitere Funktionen insbesondere im Zusammenhang mit der Feinausrichtung in der Halterung beziehungsweise der ständigen Ausrichtüberwachung während des Betriebs, und dies wird nun unter Bezugnahme auf die 11 erläutert. Die hier gezeigten Muster des Aufklebers 40 können sich auf der Rückseite des Aufklebers 40 gemäß 10 befinden, oder alternativ befinden sich mehrere Muster auf demselben Aufkleber beziehungsweise der Aufkleber wird ausgetauscht oder überklebt.
Der Aufkleber 40 weist eine Sollmarkierung für ein erwartetes Lichtmuster 46 der Peillichtsender 32a, 32b auf. Dabei sind die exakten Sollpositionen mit schwarzen Linien und Toleranzbereiche als Schattierung gezeigt. Durch Vergleich von Istposition der Lichtmuster 38a, 38b und Sollposition der erwarteten Lichtmuster 46 lässt sich die momentane Ausrichtung sehr genau überprüfen. Dies kann durch den Einrichter geschehen, der beispielsweise die Stereokamera 10 in ihrer Halterung nachjustiert, bis eine ausreichende Übereinstimmung hergestellt ist oder alternativ den Aufkleber 40 vor dessen Aufkleben verschiebt, um die projizierten und auf dem Aufkleber 40 gezeigten Muster zur Deckung zu bringen. Im Betrieb können die erwarteten Lichtmuster 46 für eine automatische Überwachung der Positions- und Orientierungstreue genutzt werden. Bei nicht sicherheitskritischen Anwendungen ist auch eine gelegentliche händische Nachkontrolle denkbar.
Der Aufkleber 40 kann weiterhin so ausgelegt sein, dass er eine hinreichend große Fläche einnimmt, die zumindest größere Anteile des Bereichs abdeckt, in denen der bereits angesprochene Mittenreflex auftritt. Dann lassen sich über den Aufkleber 40 die Reflexionseigenschaften kontrollieren, und der Mittenreflex wird beseitigt oder jedenfalls vermindert.
Eine optionale Zusatzfunktion der Peillichtsender 32a, 32b ist die Anzeige von Status- oder sonstigen Informationen der Stereokamera 10. Das ist bei der typischen, schlecht einsehbaren Montageposition der Stereokamera 10 unter einer Hallendecke vorteilhaft, da eine auf den Boden projizierte Information leichter gesehen wird. Sollen die Informationen auch an der Stereokamera 10 selbst zu erkennen sein, so besteht die Möglichkeit, einen Austrittsbereich der Peillichtstrahlen 36a, 36b insbesondere an einer Frontscheibe der Stereokamera 10 aufzurauen oder anderweitig für eine sichtbare Zerstreuung beziehungsweise Teilauskopplung zu sorgen. Das ergibt einen ähnlichen visuellen Effekt wie denjenigen von Status-LEDs, die natürlich zusätzlich vorhanden sein können. Der verbleibende Anteil der Peillichtstrahlen 36a, 36b dient der Projektion auf den Boden.
Der Aufkleber 40 kann Markierungen 48 an den Stellen aufweisen, an denen mittels Peillichtstrahlen 36a, 36b Informationen der Stereokamera 10 projiziert werden. Dadurch gibt es einen definierten, beispielsweise weißen Untergrund. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Markierungen 48 mit erklärendem Text zu beschriften und den projizierten Informationen so eine verständliche Erklärung zu geben. Die jeweiligen Informationen lassen sich nicht nur über den Ort, insbesondere die jeweils getroffene Markierung 48, sondern durch zahlreiche weitere Eigenschaften wie Farbe, Blinkfrequenz und Muster unterscheiden.
In einer aufwändigeren Ausführungsform wird sogar ein dynamischer Mustergenerator für die Peillichtsender 32a, 32b verwendet, etwa ein schaltbares LCD oder ein MEMS-Spiegel, um praktisch beliebige Lichtmuster 38a, 38b zu formen. Dadurch kann je nach Betriebszustand ein anderer Anzeigemodus verwendet werden. Als einige von zahllosen Beispielen sind zur Einrichtungszeit ein Kreuz oder die Anzeige eines Abstandes von einem Objekt zur Gefahrenstelle oder die Grundfläche bestimmter virtueller Räume denkbar, im Betrieb eine „OK“-Anzeige, bei einer Objektdetektion ein Achtungs- oder Stoppzeichen oder im Fehlerfall ein Hinweis als Störungskode oder in Klarschrift. Zusätzlich können so auch Aufgaben in der Mensch-Maschine-Interaktion während des Prozessablaufes übernommen werden, indem Symbole oder Hinweise auf den Boden projiziert werden.
Eine weitere mögliche Zusatzfunktion der Peillichtsender 32a, 32b ist die Überprüfung der Tiefenmessfunktion der Stereokamera 10. Dafür kann in einem Triangulationsverfahren der Triangulationswinkel zwischen den Kameramodulen 14a, 14b und den Peillichtsendern 32a, 32b und das von den Bildsensoren 16a, 16b registrierte Lichtmuster 38a, 38b genutzt werden. Vorteilhafterweise sollten für eine hohe Genauigkeit jeweils Paare aus Kameramodul 14a, 14b und Peillichtsender 32a, 32b mit maximalem gegenseitigem Abstand gewählt werden. Die Peillichtsender 32a, 32b können aber auch als kompakte Entfernungsmesser mit eigenem Lichtempfänger ausgebildet sein, insbesondere nach einem Lichtlaufzeitverfahren. Die über die Peillichtsender 32a, 32b alternativ bestimmten Abstände dienen dazu, die Entfernungsschätzung des Stereoverfahrens mit einer zweiten Messung zu bewerten. Dadurch wird unter anderem eine Dekalibrierung erkennbar. Ein mittels der Peillichtsender 32a, 32b gemessener Abstand kann aber beispielsweise auch dafür genutzt werden, bei der Montage zu unterstützen, indem die angestrebte Montagehöhe mit dem gemessenen Abstand verglichen wird.
Die Erfindung ist am Beispiel einer Stereokamera 10 beschrieben worden. Wenn auch nicht die Ausrichtung speziell einer Stereobasis, so sind doch für die übrigen Aspekte insbesondere der Ausrichtung mittels einem oder mehreren Peillasern, eines Aufklebers und einer projizierten Anzeige auch andere 3D-Sensoren denkbar, insbesondere eine 3D-Kamera nach dem Lichtlaufzeitprinzip oder 3D-Laserscanner.

Claims

Stereokamera (10) zur Erfassung von dreidimensionalen Bilddaten eines Überwachungsbereichs (12), mit mindestens zwei Bildsensoren (16a, 16b), die in einer Stereobasis zueinander angeordnet sind, zur Aufnahme von Rohbildern des Überwachungsbereichs (12) aus unterschiedlicher Perspektive, mit einer Stereoskopieeinheit (24) zum Erzeugen der dreidimensionalen Bilddaten aus den Rohbildern und mit mindestens einem Peillichtsender (32a, 32b) zum Erzeugen eines Peillichtstrahls (36a, 36b) zum Ausrichten der Stereokamera (10) und/oder zum Überprüfen der Ausrichtung der Stereokamera (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Peillichtsender (32a, 32b) dafür ausgebildet ist, eine Orientierung der Stereobasis anzuzeigen.
Stereokamera (10) nach Anspruch 1, wobei der Peillichtsender (32a, 32b) in einer Reihe mit den Bildsensoren (16a, 16b) angeordnet ist.
Stereokamera (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Peillichtsender (32a, 32b) ein Mustererzeugungselement aufweist, um ein Lichtmuster (38a, 38b) mit einem Musterabschnitt parallel zur Stereobasis zu erzeugen.
Stereokamera (10) nach Anspruch 3, wobei der Musterabschnitt eine Linie längs der Stereobasis ist.
Stereokamera (10) nach Anspruch 4, wobei ein zweiter Peillichtsender (32b) aus der Stereobasis versetzt angeordnet ist, der ein Mustererzeugungselement aufweist, um ein Lichtmuster (38b) mit einem Musterabschnitt senkrecht zur Stereobasis zu erzeugen, so dass insgesamt ein Kreuz (38a, 38b) mit einem Balken längs der Stereobasis und einem Mittelpunkt im optischen Zentrum der Stereokamera (10) entsteht.
Stereokamera (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stereokamera (10) eine Beleuchtungseinheit (22) zwischen den Bildsensoren (16a, 16b) sowie ein oder zwei Peillichtsender (32a, 32b) jeweils zwischen Beleuchtungseinheit (22) und einem der Bildsensoren (16a, 16b) aufweist, insbesondere in regelmäßiger gemeinsamer Reihenanordnung.
Stereokamera (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Peillichtsender (32a, 32b) dafür ausgebildet ist, eine Ecke eines effektiven Erfassungsbereichs (34) anzuzeigen.
Stereokamera (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Peillichtsender (32a, 32b) dafür ausgebildet ist, Informationen der Stereokamera (10) zu projizieren.
Stereokamera (10) nach Anspruch 8, wobei ein Lichtaustrittsbereich des Peillichtsenders (32a, 32b) dafür ausgebildet ist, einen Teil des ausgesandten Lichts (36a, 36b) aufzustreuen.
Stereokamera (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Abstandsmesseinheit mit einem Peillichtempfänger zum Erzeugen eines Empfangssignals aus zurückgeworfenem Peilsenderlicht (36a, 36b) aufweist und dafür ausgebildet ist, aus dem Empfangssignal einen Abstand zu bestimmen.
Stereokamera (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Halterung aufweist, die für ein Nachstellen von Position und/oder Orientierung der Stereokamera (10) nach deren Montage ausgebildet ist.
Anordnung einer Stereokamera (10) nach einem der vorherigen Ansprüche und eines kooperativen Ziels (40) zum Anbringen im Überwachungsbereich (12), wobei das kooperative Ziel (40) ein Muster (40, 44) zum Ausrichten des kooperativen Ziels (40) gegenüber einem gewünschten Erfassungsbereich (34) aufweist, insbesondere Diagonalen, deren Verlängerung in die Ecken des Erfassungsbereichs (34) zeigen und/oder wobei das kooperative Ziel (40) ein erwartetes Lichtmuster (46) des Peillichtsenders (32a, 32b) aufweist und/oder wobei das kooperative Ziel (40) eine Oberfläche aufweist, die einen direkten Reflex einer aktiven Beleuchtung (22) der Stereokamera (10) zumindest teilweise unterdrückt.
Verfahren zum Ausrichten und/oder zum Überprüfen einer Ausrichtung einer Stereokamera (10), insbesondere einer Stereokamera (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Stereokamera (10) mit Hilfe mindestens eines Peillichtsenders (32a, 32b) einen Peillichtstrahl (36a, 36b) erzeugt, an dem die momentane Ausrichtung erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Peillichtstrahl (36a, 36b) eine Orientierung der Stereobasis der Stereokamera (10) anzeigt, und dass anhand dessen die Stereobasis ausgerichtet und/oder deren Ausrichtung überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Stereokamera (10) mit Blickrichtung nach oben auf den Boden gelegt wird, woraufhin der Peillichtsender (32a, 32b) eine Montageposition der Stereokamera (10) an der Decke anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei zunächst ein kooperatives Ziel (40) auf dem Boden angeordnet und die Stereokamera (10) auf das kooperative Ziel (40) gelegt wird, wobei das kooperative Ziel (40) ein erwartetes Lichtmuster (46) des Peillichtsenders (32a, 32b) aufweist.