DE102019101738A1 - Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen eines mechanisch beweglichen Eingabeelements - Google Patents

Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen eines mechanisch beweglichen Eingabeelements Download PDF

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    • G05G2009/04759—Light-sensitive detector, e.g. photoelectric

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POS(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements (101), wobei das Eingabeelement (101) in einer Anzahl von N Freiheitsgraden Fmechanisch beweglich ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, und das Eingabeelement (101) je Freiheitsgrad FPositionen POS(t) im Bereich [MIN; MAX] einnehmen kann, umfassend: eine Anzahl M von Bildsensoren VKS(102) mit m = 1, 2, ..., M und M ≥ 1, welche den gesamten Bewegungsraum [MIN; MAX] ∀ Fdes Eingabeelements (101) erfassen und zeitabhängige Bilddaten BD(t) vom Eingabeelement (101) bereitstellen, eine Kalibriereinheit (103), welche zur Kompensation von Verzeichnungen oder anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKS(102) Kalibrierparameter KP ermittelt und diese bereitstellt, eine Auswerteeinheit (104), welche erfasste Bilddaten BD(t) vom Eingabeelement (101) unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP zur Ermittlung der Position POS(t) auswertet, wobei die Auswertung der Bilddaten BD(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements (101) in den Bilddaten BD(t) sowie ein Ermitteln der Position POS(t) im Bereich [MIN; MAX] für jeden Freiheitsgrad Fumfasst, und eine Ausgabeschnittstelle (105), welche die ermittelten Positionen POS(t) bereitstellt und/oder ausgibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen eines mechanisch beweglichen Eingabeelements, ein Verfahren zum Betrieb einer ebensolchen Vorrichtung sowie ein Messsystem zum Einbau in ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug, welches eine ebensolche Vorrichtung aufweist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der zuverlässig aktuelle Positionen mechanischer Eingabeelemente, insbesondere von Eingabeelementen zur Steuerung von Fahrzeugen und Luftfahrzeugen ermittelt werden können.
  • Motiviert wurde die nachfolgend beschriebene Erfindungsidee auf dem Gebiet der Erprobung von Luftfahrzeugen. Hier müssen während der Flugerprobung, beispielsweise zur Musterzulassung eines Luftfahrzeugs, Steuereingaben eines Piloten zur Steuerung des Flugzeugs aufgezeichnet werden. Bei Luftfahrzeugen, die über keine Fly-by-Wire oder Fly-by-Light Steuerung verfügen, erfolgt die Erfassung der Steuerwege der mechanischen Eingabeelemente (Steuerhorn, Steuerknüppel, Seitenruderpedale, etc...) üblicherweise durch eine mechanische Kopplung dieser Eingabeelemente mit zusätzlichen elektromechanischen Sensoren, die nicht Bestandteile des Steuerungssystems des Flugzeugs sind.
  • Die nachfolgend beschriebene Erfindungsidee ist in allen technischen Gebieten anwendbar, in denen ein mechanisch bedienbares oder bewegliches Eingabeelement hinsichtlich seiner Position erfasst und/oder überwacht werden soll. Dabei wird der Begriff „mechanisch bewegliches Eingabeelement“ weit gefasst verstanden. Er umfasst insbesondere mechanische Bedien-/Eingabeelemente bzw. alle mechanisch bedienbaren Mensch-Maschine-Interfaces wie bspw.: Hebel, Griffe, Lenkräder, Joysticks, Computermäuse, etc.
  • Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POSFn(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements, wobei das Eingabeelement in einer Anzahl von N Freiheitsgraden Fn mechanisch beweglich ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, und das Eingabeelement je Freiheitsgrad Fn Positionen POS(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] einnehmen kann. Die Vorrichtung umfasst eine Anzahl M von Bildsensoren VKSm mit m = 1, 2, ..., M und M ≥ 1, welche den gesamten Bewegungsraum [MINFn ; MAXFn] ∀ Fn des Eingabeelements erfassen und zeitabhängige Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement bereitstellen; eine Kalibriereinheit, welche zur Kompensation von Verzeichnungen oder anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKSm Kalibrierparameter KP ermittelt und diese bereitstellt; eine Auswerteeinheit, welche vom Eingabeelement erfasste Bilddaten BDVKSm(t) unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP zur Ermittlung der Position POS(t) auswertet, wobei die Auswertung der Bilddaten BDVKSm(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements in den Bilddaten BDVKSm(t) sowie ein Ermitteln der Position POSFn(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] für jeden Freiheitsgrad Fn umfasst; und eine Ausgabeschnittstelle, welche die ermittelten Positionen POSFn(t) bereitstellt und/oder ausgibt.
  • Vorteilhaft ist das mechanisch bewegliche Eingabeelement im Cockpit eines Luftfahrzeugs angeordnet und dient zur mechanischen Eingabe von Steuerbefehlen an das Höhenruder, das Querruder, an eine Kombination aus Höhenruder und Querruder, an das Seitenruder, an eine kollektive Blattverstellung (Pitch), eine zyklische Blattverstellung, an einen Antriebsmotor, zur Ansteuerung eines Heckrotors des Luftfahrzeugs, zur Leistungseinstellung eines Triebwerks (bspw. „Throttle-Lever“ und/oder „Pitch-Lever“). Weiterhin kann das mechanisch bewegliche Eingabeelement eine Steuerstange, ein Steuerknüppel, ein Sidestick, ein Joystick, ein Seilzug, ein Rad, ein Zahnrad, ein Lenkrad, ein Pedal, ein Schalthebel, ein Schiebregler, ein Drehknopf, ein Schalter sein.
  • Das Eingabeelement weist vorzugsweise einen, zwei oder drei Freiheitsgrade in seiner Bewegung auf (N = 1, 2 oder 3).
  • In einem einfachen Beispiel ist das mechanisch bewegliche Eingabeelement ein Hebel zur Leistungseinstellung eines Triebwerks, der beispielsweise entlang einer x-Richtung in einem Bereich von [xMin, xMax] beweglich ist und je nach mechanischer Einstellung eine Position POS(t) in diesem Bereich [xMin, xMax] einnehmen kann. Die Positionen POS(t) können bspw. Linearpositionen oder Winkelpositionen angeben.
  • In einem anderen Beispiel ist das Eingabeelement ein Steuerhorn in einem Flugzeugcockpit. Das Steuerhorn ist entlang einer x-Achse verschiebbar und um diese x-Achse drehbar positionierbar. Üblicherweise wird durch das Verschieben des Steuerhorns entlang dieser x-Achse das Höhenruder des Flugzeugs eingestellt. Weiterhin werden durch das Drehen des Steuerhorns um diese x-Achse die Querruder des Flugzeugs eingestellt.
  • Die Bildsensoren VKSm sind vorteilhaft digitale Bildsensoren, Kamerasensoren, Videokamerasensoren, 3-D Kameras etc., die eine entsprechende Optik aufweisen und die derart angeordnet sind, sodass die Erfassungsbereiche der Bildsensoren das betreffende bewegliche Eingabeelement über den gesamten Bereich seines Bewegungsraums [MINFn ; MAXFn] ∀ Fn erfassen und zeitabhängige Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement aufnehmen und bereitstellen. Vorteilhaft wird der Bewegungsraum [MINFn ; MAXFn] entlang aller Freiheitsgrade des Eingabeelements von einem einzigen Kamerasensor erfasst. Die Bildsensoren VKSm sind vorteilhaft im Cockpit eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, demontierbar fest installiert.
  • Vorteilhaft werden die erfassten Bilddaten BDVKSm(t) zumindest temporär in einem Datenspeicher zwischengespeichert.
  • Da die Optiken der Bildsensoren VKSm gegebenenfalls Verzeichnungen oder andere optische Störungen aufweisen, umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Kalibriereinheit, die zur Kompensation der Verzeichnungen oder der anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKSm Kalibrierparameter KP ermittelt und diese bereitstellt. Die Ermittlung der Verzeichnung der Optiken sowie die Ermittlung der Kalibrierparameter KP erfolgt vorzugsweise automatisiert. Die Kalibriereinheit umfasst hierzu vorzugsweise eine Lichtquelle (beispielsweise eine Diode, einen Laser, etc.), mit der der Erfassungsbereich des Bildsensors gescannt werden kann, einen gespeicherten Datensatz, der die vorhandene Optik des jeweiligen Bildsensors im störungsfreien d.h. unverzeichneten Betrieb charakterisiert, eine Prozessoreinheit zur Auswertung eines Scans des Erfassungsbereichs unter Einsatz der Lichtquelle und zur Ermittlung der entsprechenden Kalibrierparameter KP.
  • Vorteilhaft ermittelt die Kalibriereinheit die Kalibrierparameter durch Auswerten von Bilddaten BDVKSm(t), welche vom Eingabeelement zumindest in den Positionen MINFn und MAXFn ∀ Fn aufgenommen sind.
  • Die Auswerteeinheit wertet die erfassten Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP zur Ermittlung der aktuellen Position POS(t) des Eingabeelements im Bereich [MINFn ; MAXFn] für jeden Freiheitsgrad Fn aus, wobei die Auswertung der Bilddaten BDVKSm(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements in den Bilddaten BDVKSm(t) umfasst. Die Auswerteeinheit umfasst hierzu vorteilhaft einen Prozessor sowie eine auf dem Prozessor laufende entsprechende Auswertesoftware.
  • Vorteilhaft erfolgt das automatische Detektieren des Eingabeelements in Bilddaten BDVKSm(t) unter Nutzung eines oder mehrerer der Folgenden: Boosting Algorithmus, Ada Boost Algorithmus, Neuronales Netz, Stützvektoralgorithmus SVM, Deep Learning, Histogram of Oriented Gradients HOG, Haar-Wavelets.
  • Vorteilhaft erfolgt das automatische Tracken des Eingabeelements in Bilddaten BDVKSm(t) unter Nutzung eines oder mehrerer der Folgenden: Bildmatching Verfahren, Template Matching per normierter Kreuzkorrelation, Shape Based Matching, skaleninvariante Merkmalstransformation SIFT, Speeded Up Robust Features SURF.
  • Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist eine kontaktlose und robuste Ermittlung und Aufzeichnung der aktuellen Positionen eines Eingabeelements möglich. Die Vorrichtung ist einfach zu installieren und übt keinerlei mechanische Wirkungen auf das Eingabeelement aus. Die vorgeschlagene Vorrichtung vereinfacht insbesondere die Erfassung der Positionen von Eingabeelementen (Steuerhorn, Seitenruderpedale, Schubeinstellhebel, „Throttle“-Hebel, „Pitch“-Hebel, etc.) in Flugzeugen oder Drehflüglern im Rahmen der Flugerprobung.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POSFn(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements, wobei das Eingabeelement in einer Anzahl von N Freiheitsgraden Fn mechanisch beweglich ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, und das Eingabeelement je Freiheitsgrad Fn Positionen POS(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] einnehmen kann, mit folgenden Schritten.
  • In einem Schritt erfolgt mit einer Anzahl M von Bildsensoren VKSm mit m = 1, 2, ..., M und M ≥ 1 ein Erfassen des gesamten Bewegungsraums [MINFn ; MAXFn] ∀ Fn des Eingabeelements und ein Bereitstellen von zeitabhängigen Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement im Bewegungsraum.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt mit einer Kalibriereinheit zur Kompensation von Verzeichnungen oder anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKSm ein Ermitteln von Kalibrierparametern KP und ein Bereitstellen der Kalibrierparameter KP.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt mit einer Auswerteeinheit ein Auswerten der Bilddaten BDVKSm(t) unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP und ein Ermitteln von Positionen POSFn(t) des Eingabeelements, wobei die Auswertung der Bilddaten BDVKSm(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements in den Bilddaten BDVKSm(t) sowie ein Ermitteln der Positionen POSFn(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] für jeden Freiheitsgrad Fn umfasst.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt mittels einer Ausgabeschnittstelle ein Bereitstellen und/oder ein Ausgeben der ermittelten Positionen POSFn(t).
  • Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorstehend gemachten Ausführungen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Messsystem zum Einbau in ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug, umfassend: eine Vorrichtung zur Ermittlung der Positionen POSFn(t) des Eingabeelements, wie sie vorstehend beschrieben ist, einen Positionssensor zur Erfassung von Positionen POSF(t) des Fahrzeugs, einen Lagesensor zur Erfassung von Lagen OF(t) des Fahrzeugs, eine Speichereinrichtung zur Speicherung von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) sowie eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) und/oder eine Übertragungseinheit zur drahtlosen Übertragung von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) an eine Bodeneinheit.
  • Der Positionssensor umfasst vorteilhaft einen Beschleunigungs- bzw. Trägheitssensor und/oder einen GNSS-Sensor (GPS, Glonass, Galileo etc.). Der Lagesensor umfasst vorteilhaft einen Beschleunigungs- bzw. Trägheitssensor.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen:
    • 1 einen stark schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    • 2 einen stark schematisierten Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 3 einen stark schematisierten Aufbau eines erfindungsgemäßen Messsystems.
  • 1 zeigt einen stark schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POSFn(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements 101, wobei das Eingabeelement 101 in einer Anzahl von N Freiheitsgraden Fn mechanisch beweglich ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, und das Eingabeelement 101 je Freiheitsgrad Fn Positionen POS(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] einnehmen kann.
  • Die Vorrichtung umfasst eine Anzahl M von Bildsensoren VKSm 102 mit m = 1, 2, ..., M und M ≥ 1, welche den gesamten Bewegungsraum [MINFn ; MAXFn] ∀ Fn des Eingabeelements 101 erfassen und zeitabhängige Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement 101 bereitstellen.
  • Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Kalibriereinheit 103, welche zur Kompensation von Verzeichnungen oder anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKSm 102 Kalibrierparameter KP ermittelt und diese bereitstellt.
  • Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Auswerteeinheit 104, welche erfasste Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement 101 unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP zur Ermittlung der Position POS(t) auswertet, wobei die Auswertung der Bilddaten BDVKSm(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements 101 in den Bilddaten BDVKSm(t) sowie ein Ermitteln der Position POSFn(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] für jeden Freiheitsgrad Fn umfasst.
  • Die Vorrichtung umfasst schließlich eine Ausgabeschnittstelle 105, welche die ermittelten Positionen POSFn(t) bereitstellt und/oder ausgibt.
  • 2 zeigt einen stark schematisierten Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POSFn(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements 101, wobei das Eingabeelement 101 in einer Anzahl von N Freiheitsgraden Fn mechanisch beweglich ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, und das Eingabeelement 101 je Freiheitsgrad Fn Positionen POS(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] einnehmen kann. Das Verfahren weist folgende Schritte auf.
  • In einem Schritt 201a erfolgt mit einer Anzahl M von Bildsensoren VKSm 102 mit m = 1, 2, ..., M und M ≥ 1, ein Erfassen des gesamten Bewegungsraums [MINFn ; MAXFn] ∀ Fn des Eingabeelements 101 und in Schritt 201b ein Bereitstellen von zeitabhängigen Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement 101 im Bewegungsraum.
  • In einem Schritt 202 erfolgt mit einer Kalibriereinheit 103 zur Kompensation von Verzeichnungen oder anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKSm 102 ein Ermitteln von Kalibrierparametern KP sowie ein Bereitstellen der Kalibrierparameter KP.
  • In einem Schritt 203a erfolgt mit einer Auswerteeinheit 104 ein Auswerten der Bilddaten BDVKSm(t) unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP und in Schritt 203b ein Ermitteln von Positionen POSFn(t) des Eingabeelements 101, wobei die Auswertung der Bilddaten BDVKSm(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements 101 in den Bilddaten BDVKSm(t) sowie ein Ermitteln der Positionen POSFn(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] für jeden Freiheitsgrad Fn umfasst.
  • In einem Schritt 204a erfolgt mittels einer Ausgabeschnittstelle 105 ein Bereitstellen und/oder in Schritt 204b ein Ausgeben der ermittelten Positionen POSFn(t).
  • 3 zeigt einen stark schematisierten Aufbau eines erfindungsgemäßen Messsystems zum Einbau in ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug. Das Messsystem umfasst eine Vorrichtung, wie vorstehend in 1 beschrieben, zur Ermittlung der Positionen POSFn(t) eines Eingabeelements 101, einen Positionssensor 106 zur Erfassung von Positionen POSF(t) des Fahrzeugs, einen Lagesensor 107 zur Erfassung von Lagen OF(t) des Fahrzeugs, eine Speichereinrichtung 108 zur Speicherung von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) sowie eine Ausgabeschnittstelle 109 zur Ausgabe von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) und eine Übertragungseinheit 110 zur drahtlosen Übertragung von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) an eine Bodeneinheit.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Eingabeelemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Vorrichtung 100 zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POSFn(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements 101
    101
    Eingabeelement
    102
    Bildsensoren VKSm
    103
    Kalibrierungseinheit
    104
    Auswerteeinheit
    105
    Ausgabeschnittstelle
    106
    Positionssensor
    107
    Lagesensor
    108
    Speichereinrichtung
    109
    Ausgabeschnittstelle
    110
    Übertragungseinheit
    201a,b - 204a,b
    Verfahrensschritte

Claims (10)

  1. Vorrichtung (100) zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POSFn(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements (101), wobei das Eingabeelement (101) in einer Anzahl von N Freiheitsgraden Fn mechanisch beweglich ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, und das Eingabeelement (101) je Freiheitsgrad Fn Positionen POS(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] einnehmen kann, umfassend: - eine Anzahl M von Bildsensoren VKSm (102) mit m = 1, 2, ..., M und M ≥ 1, welche den gesamten Bewegungsraum [MINFn ; MAXFn] ∀ Fn des Eingabeelements (101) erfassen und zeitabhängige Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement (101) bereitstellen, - eine Kalibriereinheit (103), welche zur Kompensation von Verzeichnungen oder anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKSm (102) Kalibrierparameter KP ermittelt und diese bereitgestellt, - eine Auswerteeinheit (104), welche erfasste Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement (101) unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP zur Ermittlung der Position POS(t) auswertet, wobei die Auswertung der Bilddaten BDVKSm(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements (101) in den Bilddaten BDVKSm(t) sowie ein Ermitteln der Position POSFn(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] für jeden Freiheitsgrad Fn umfasst, und - eine Ausgabeschnittstelle (105), welche die ermittelten Positionen POSFn(t) bereitstellt und/oder ausgibt.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der das mechanisch bewegliche Eingabeelement (101) im Cockpit eines Luftfahrzeugs angeordnet ist und zur mechanischen Eingabe von Steuerbefehlen an das Höhenruder, das Querruder, an eine Kombination aus Höhenruder und Querruder, an das Seitenruder, an eine kollektive Blattverstellung, eine zyklische Blattverstellung, an einen Antriebsmotor und/oder zur Ansteuerung eines Heckrotors des Luftfahrzeugs dient.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der das mechanisch bewegliche Eingabeelement (101) eine Steuerstange, ein Steuerknüppel, ein Sidestick, ein Joystick, ein Seilzug, ein Rad, ein Zahnrad, ein Lenkrad, ein Pedal, ein Schalthebel, ein Schiebregler, ein Drehknopf, ein Schalter ist.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der N = 1, 2 oder 3 ist.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Bildsensoren VKSm (102) insbesondere im Cockpit eines Luftfahrzeugs, fest installiert sind.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Kalibriereinheit (103) die Kalibrierparameter durch Auswerten von Bilddaten BDVKSm(t) ermittelt, welche vom Eingabeelement (101) zumindest in den Positionen MINFn und MAXFn ∀ Fn aufgenommen sind.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das automatische Detektieren des Eingabeelements (101) in Bilddaten BDVKSm(t) unter Nutzung eines oder mehrerer der Folgenden erfolgt: Boosting Algorithmus, Ada Boost Algorithmus, Neuronales Netz, Stützvektoralgorithmus SVM, Deep Learning, Histogram of Oriented Gradients HOG, Haar-Wavelets.
  8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das automatische Tracken des Eingabeelements (101) in Bilddaten BDVKSm(t) unter Nutzung eines oder mehrerer der Folgenden erfolgt: Bildmatching Verfahren, Template Matching per normierter Kreuzkorrelation, Shape Based Matching, skaleninvariante Merkmalstransformation SIFT, Speeded Up Robust Features SURF.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur kontaktlosen Ermittlung zeitabhängiger Positionen POSFn(t) eines mechanisch beweglichen Eingabeelements (101), wobei das Eingabeelement (101) in einer Anzahl von N Freiheitsgraden Fn mechanisch beweglich ist, mit n = 1, 2, ..., N und N ≥ 1, und das Eingabeelement (101) je Freiheitsgrad Fn Positionen POS(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] einnehmen kann, mit folgenden Schritten: - mit einer Anzahl M von Bildsensoren VKSm (102) mit m = 1, 2, ..., M und M ≥ 1, Erfassen (201a) des gesamten Bewegungsraums [MINFn ; MAXFn] ∀ Fn des Eingabeelements (101) und Bereitstellen (201b) von zeitabhängigen Bilddaten BDVKSm(t) vom Eingabeelement (101) im Bewegungsraum, - mit einer Kalibriereinheit (103) zur Kompensation von Verzeichnungen oder anderen optischen Störungen in Optiken der Bildsensoren VKSm (102) Ermitteln (202) von Kalibrierparametern KP und Bereitstellen der Kalibrierparameter KP, - mit einer Auswerteeinheit (104) Auswerten (203a) der Bilddaten BDVKSm(t) unter Berücksichtigung der Kalibrierparameter KP und Ermitteln (203b) von Positionen POSFn(t) des Eingabeelements (101), wobei die Auswertung der Bilddaten BDVKSm(t) ein automatisches Detektieren und Tracken des Eingabeelements (101) in den Bilddaten BDVKSm(t) sowie ein Ermitteln der Positionen POSFn(t) im Bereich [MINFn ; MAXFn] für jeden Freiheitsgrad Fn umfasst, und - mittels einer Ausgabeschnittstelle (105) Bereitstellen (204a) und/oder Ausgeben (204b) der ermittelten Positionen POSFn(t).
  10. Messsystem zum Einbau in ein Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug, umfassend: - eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Ermittlung der Positionen POSFn(t) des Eingabeelements (101), - einen Positionssensor (106) zur Erfassung von Positionen POSF(t) des Fahrzeugs, - einen Lagesensor (107) zur Erfassung von Lagen OF(t) des Fahrzeugs, - eine Speichereinrichtung (108) zur Speicherung von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) sowie eine Ausgabeschnittstelle (109) zur Ausgabe von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) und/oder eine Übertragungseinheit (110) zur drahtlosen Übertragung von POSF(t), OF(t), und POSFn(t) an eine Bodeneinheit.
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