DE102019114531A1

DE102019114531A1 - Vorrichtung zur Lage- und Positionserkennung von Markierungen im dreidimensionalen Raum

Info

Publication number: DE102019114531A1
Application number: DE102019114531.7A
Authority: DE
Inventors: Laurent Gilson; Wolfgang Brüning; Frank HONISCH
Original assignee: Soft2tec GmbH
Current assignee: Soft2tec GmbH
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: DE102019114531B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Lage- und Positionserkennung von Markierungen (2, 12) im dreidimensionalen Raum mit mindestens einer Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28), mit einer optischen Bilderfassungseinheit (21), und mit einer Auswerteeinheit (22), die zur Bestimmung der Lage und der Position der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) eingerichtet ist, beschrieben, wobei die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) mindestens sechs optisch aktivierbare Kommunikationselemente (3, 13) zur Kodierung von Nutzdaten aufweist, die einzeln abhängig von den Nutzdaten an- oder auszuschaltbar sind, die Bilderfassungseinheit (21) eine Serie von Bilden der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) mit einer vorgegebenen Bildfrequenz aufnimmt, und die Auswerteeinheit (22) dazu eingerichtet ist, aus einem Bild die Lage und Position der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) zu bestimmen und aus der Gesamtheit der ein- oder ausgeschalteten Kommunikationselementen (34, 42; 35, 43) die kodierten Nutzdaten zu erfassen.

Description

Es wird eine Vorrichtung zur Lage- und Positionserkennung von Markierungen im dreidimensionalen Raum beschrieben

- mit mindestens einer Markiereinheit, die an einem Objekt festlegbar ist, mit mehreren optisch aktiven (d.h. selbstleuchtenden) Markierungen oder passiven (d.h. aufgrund von Lichtreflexion sichtbaren) Markierungen,
- mit einer oder mehreren optischen Bilderfassungseinheiten, die zur Aufnahme von Bildern der Markiereinheit eingerichtet sind, und
- mit einer Auswerteeinheit, die zur eindeutigen Bestimmung der Lage und der Position der insbesondere an dem Objekt festgelegten Markiereinheit eingerichtet ist, so dass über die an dem Objekt festgelegte Markiereinheit erfindungsgemäß auch die Lage und Position des Objekts im dreidimensionalen Raum bestimmt ist.

Die vorgeschlagene Markiereinheit weist mindestens vier optisch aktive Markierungen zur Lage- und Positionsbestimmung auf, von denen vorzugsweise mindestens drei der Markierungen in einer gemeinsamen Ebene liegen und mindestens eine der Markierungen außerhalb dieser Ebene liegt.
Aus den Druckschriften EP 1 813 911 A1 , US 2005/0201613 A1 , EP 1 498 688 B1 , WO 2004/ 114 112 A1 , US 2008/0111985 A1 , WO 2006/ 069 748 A1 , US 5 227 985 A , US 7 742 895 B2 und DE 10 2014 012 693 A1 sind Systeme und Verfahren bekannt, die mittels Aufnahme einer an dem Objekt festgelegten Markiereinheit die Lage und Position eines Objekts im Raum bestimmen können. Dazu sind auf der Markiereinheit optisch aktive, d.h. selbst leuchtende, oder optisch passive, d.h. Licht reflektierende Markierung in einer festen geometrischen Anordnung vorgesehen. Es sind viele unterschiedliche Anordnungen zur Auswertung möglich. Die meisten der vorgeschlagenen Anordnung sehen mindestens vier Markierungen vor, von den mindestens drei Markierungen eine Ebene aufspannen und mindestens eine Markierung außerhalb dieser Ebene liegt. Die mindestens drei in einer Ebene angeordneten Markierungen können auf mindestens nicht parallelen zwei Geraden liegen, die die Ebene aufspannen. Eine solche Anordnung der Markierungen ermöglich eine zuverlässige Lage- und Positionsbestimmung der Markiereinheit im Raum aus einem einzigen zweidimensionalen Bild der Markiereinheit, die mittels einer optischen Bilderfassungseinheit (bspw. einen Fotoapparat oder eine Kamera) aufgenommen wird.
Die DE 10 2014 012 693 A1 beschreibt ein aufwendiges System und Verfahren. Die Positions- und Lagebestimmung erfolgt auf der Basis eines einzigen zweidimensionalen Bildes einer mit mindestens sieben Markierungen versehenen Markierungsanordnung, die an dem Objekt angebracht wird. Das System umfasst ferner eine Bilderfassungseinheit zur Aufnahme eines zweidimensionalen Bildes des Objekts bzw. der am Objekt angeordneten Markierungsanordnung und eine Auswerteeinheit zur eindeutigen Bestimmung der Lage und der Position des Objekts auf der Basis des aufgenommenen Bildes. Die sieben Markierungen der Markierungsanordnung stehen in einer fest vorgegebenen räumlichen Beziehung zueinander, wobei sechs dieser Markierungen eine Ebene bilden, während die siebte Markierung außerhalb bzw. beabstandet von jener Ebene angeordnet ist. Die sechs Markierungen sind in Gruppen eingeteilt, die auf zwei verschiedenen Geraden liegen, die sich in einem Winkel von 90°, schneiden. Die erste Gerade umfasst zumindest vier Markierungen, und die zweite Gerade umfasst zumindest zwei Markierungen. Die siebte Markierung außerhalb der Ebene liegt in einer Draufsicht auf die Ebene auch auf dieser ersten Geraden, und zwar auf einer Seite der zweiten Gerade, die zumindest zwei Markierungen der ersten Gerade abgewandt ist. Dies ist für eine eindeutige Zuordnung der Bildmarkierungen, d.h. der in dem Bild abgebildeten Markierungen, und damit der Rekonstruktion von Lage und Position der Markierungen im Raum wichtig. Bei der Auswertung werden mehrere Homografien für mögliche Zuordnungen berechnet. Aus diesen Homografien wird jeweils eine Lagebestimmung rekonstruiert. Aufbauend hierauf wird für jede Lagebestimmung der durchschnittliche Reprojektionsfehler (im Vergleich zu der bekannten tatsächlichen Anordnung der Markierungen auf der Markierungsanordnung) für sämtliche Bildmarkierungen berechnet. Diejenige Homografie, die den geringsten Fehler aufweist, die zutreffende ist und für die eindeutige Lagebestimmung verwendet wird.
Diese Auswertung führt in der Praxis zu durchaus guten Ergebnissen, ist aber sehr aufwendig im Hinblick auf die Bildauswertung und Rechenleistung des Systems, insbesondere durch die Notwendigkeit mehr als eine Homografie zu berechnen. Dies führt zu Problemen beim Live-Tracking von schnell bewegten Objekten, weil die Rechenleistung von in der Praxis eingesetzten Systemen nicht ausreicht, insbesondere wenn in einem System nicht nur eine Markierungsanordnung überwacht wird, sondern eine Mehrzahl von Markierungsanordnungen.
Theoretisch kann zwar jede Markierungsanordnung von anderen in dem Bild erfassten Markierungsanordnungen unterschieden werden. Dies erfordert aber Vielfach eine Auswertung und Erkennung von Objekten in der Umgebung, wenn eine mögliche eindeutige Nummerierung auf der Markierungsanordnung, bspw. eines Aufklebers auf der Markierungsanordnung, nicht erkennbar ist. Die Auswertung der Umgebung der Markierungsanordnung im Bild führt aber beim Tracking von bewegten Objekten regelmäßig zu Mehrdeutigkeiten.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die Markierungen auf den Markierungsanordnungen geometrisch unterschiedlich anzuordnen. Dies würde aber die ohnehin schon komplexe Auswertung weiter erschweren.
Im industriellen Umfeld ist es wünschenswert, bis zu mehreren hundert Markierungseinheiten unterscheiden zu können und/oder Informationen von den mit einer nennenswerten Bandbreite übertragen in einer robusten, wenig fehleranfälligen Weise übertragen zu können. Ebenso ist es wünschenswert den Energiebedarf solcher, teils batteriebetriebenen, Markierungsanordnungen zugunsten langer Laufzeiten zu begrenzen.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung für ein System zur Lage- und Positionserkennung der eingangs genannten Art eine Kommunikationsmöglichkeit mit hoher Bandbreite vorzusehen, bspw. eine Übertragung von mindestens etwa 2 Byte pro Sekunde, vorzugsweise von etwa 10 Byte pro Sekunde und besonders vorzugsweise mehr als 100 Byte pro Sekunde für jede Markierungseinheit ermöglicht. Die Übertragungskapazität kann sich je nach Anwendungsfall geeignet auf das Anzeigen bzw. Übertragen einer Identifikation und auf eine Kommunikation von anderen Informationen aufteilen.
Gleichzeitig kann die gleiche Erfindung eingesetzt werden, um den Energiebedarf durch Minderung der Anzahl der gleichzeitig aktiven Markierungen zu senken.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass die Markiereinheit mindestens sechs optisch aktivierbare, d.h. durch die Markiereinheit ein- und ausschaltbare, Kommunikationselemente zur Kodierung von Nutzdaten aufweist, wobei die Markiereinheit dazu eingerichtet ist, die einzelnen Kommunikationselemente abhängig von den Nutzdaten anzuschalten oder auszuschalten. Mit anderen Worten werden die Nutzdaten in den Kommunikationselementen kodiert. Die Markiereinheit erzeugt also eine Kodierung der Nutzdaten in einer durch die Kommunikationselemente übertragbaren Form. Die gleichzeitig angeschalteten Kommunikationselemente bilden ein Symbol der Kodierung. Eine Reduzierung des Energieverbrauchs kann bedarfsweise durch eine entsprechende Senkung der Kommunikationsbandbreite erreicht werden, d.h. durch ein Vermindern der Anzahl der notwendigen, gleichzeitig aktiven Kommunikationselemente.
Die Bilderfassungseinheit nimmt dann eine Serie von Bilden der Markiereinheit mit einer vorgegebenen Bildfrequenz auf, wobei in den Bildern sowohl die Markierungen zur Lage- und Positionserkennung als auch die entsprechend der Kodierung der Nutzdaten an- oder ausgeschalteten Kommunikationselemente, d.h. jeweils ein Symbol der Markierung, aufgenommen und dargestellt sind bzw. werden.
Entsprechend ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, in einem Bild aus den aufgenommenen Markierungen die Lage und Position der Markiereinheit zu bestimmen und aus der Gesamtheit der dargestellten (ein- oder ausgeschalteten) Kommunikationselemente die kodierten Nutzdaten zu erfassen, d.h. zu dekodieren bzw. die Symbole der Kodierung zu erfassen. Falls eine Serie von Bildern aufgenommen wird, werden vorzugsweise alle Bilder aus der aufgenommenen Serie von Bildern ausgewertet. Dies ermöglicht es, dass die übertragenen Nutzdaten auch aus den jeweils dekodierten Nutzdaten der Einzelbilder der Bilderserie zusammengesetzt werden. Die Nutzdaten können erfindungsgemäß also in einer Serie von einzelnen Symbolen übertragen und beim Dekodieren wieder zusammengesetzt werden, vorzugsweise indem die Auswerteeinheit durch Durchführung des gesamten Kommunikationsablaufs eingerichtet ist].
Die Auswerteeinheit wird typischer Weise zu jedem Bild eine Positions- und Lagebestimmung liefern. Die Nutzdaten werden unter Umständen nicht zu jedem Bild zur Verfügung stehen. In ungünstigen Fällen werden die Nutzdaten der ersten paar Bilder werden fehlen. Meist kommt danach ein durchgängiger Nutzdatenstrom an. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass tatsächlich jedes Bild ausgewertet wird und/oder die gewünschten Informationen liefert. Die Erfindung erfasst auch Fälle einer - sich wie auch immer ergebenden - selektiven Bildauswertung in Bezug auf die Positions- und Lagebestimmung und/oder die Nutzdatenübertragung.
Die Nutzdaten können Informationen enthalten, die der Identifikation der Markiereinheit, der Signalisierung eines Zustands der Markiereinheit, des Objekts (an dem die Markiereinheit festgelegt ist) und/oder deren Umgebung dienen. Dies stellt einen besonders bevorzugten Anwendungsfall dar, in dem das Erkennen der Lage eines Objekts zugleich auch das Übertragen von objektbezogenen Informationen ermöglicht. Allerdings ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf diesen besonders bevorzugten Anwendungsfall beschränkt, in dem die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, das ein grundsätzlich bekanntes Verfahren zur Lage- und Positionsbestimmung um eine Zustandsbestimmung erweitert, ohne dass das Erzeugen und Auswerten der Bilder durch die Bilderfassungseinheit und die Auswerteeinheit technisch grundsätzlich geändert werden muss. Es ist ausreichend, die Markiereinheit und die Auswerteeinheit derart einzurichten, dass optisch aktive Elemente (wie sie bereits als Markierungen für die Lage- und Positionseinrichtung verwendet werden können auch) als Kommunikationselemente zur Übertragung von Nutzdaten verwendet werden.
Die Markierungen und die Kommunikationselemente sind ortsfest auf der Markiereinheit angeordnet, d.h. sie sind unveränderlich an vorgebebenen Positionen zueinander auf der Markiereinheit angeordnet. Die Positionen der Markierungen und der Kommunikationselemente auf der Markiereinheit, und damit ihre relativen Positionen, sind in der Auswerteeinheit bekannt.
Die optisch aktiven Kommunikationselemente und die optisch aktiven oder passiven Markierungen senden Lichtwellen im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich aus, d.h. im Wellenlängenbereich der Spektralfarben zwischen etwa 380 nm bis 750 nm, im Ultraviolett-Wellenlängenbereich zwischen etwa 100 nm bis 380 nm oder gemäß einer besonders bevorzugten Anwendungsform im Infrarot-Wellenlängenbereich zwischen etwa 750 nm bis 1400 nm. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die (optisch aktive) Markierung und/oder das Kommunikationselement eine Infrarot-LED (IR-LED) sein. Die optische Bilderfassungseinheit ist an die optisch aktiven Markierungen und/oder Kommunikationselemente der Markiereinheit angepasst, d.h. in der Lage, diese optisch aufzunehmen. Vorzugsweise kann die optische Bilderfassungseinheit eine Digitalkamera sein, im Falle von Infrarot-Licht mit geeignet ausgelegtem IR-Sperrfilter, der die IR-Wellenlänge der Markierungen bzw. Kommunikationselemente nicht sperrt (sog. IR-Kameras). Vorzugsweise sind die Markierungen und die Kommunikationselemente durch gleiche optisch aktive Bauelemente, insbesondere IR-LEDs, gebildet.
Für die Kodierung der Informationen weist die Markiereinheit eine Recheneinheit (bspw. einen Prozessor oder Mikroprozessor) auf, die zur Erfassung eines Zustands der Markiereinheit (oder eines Zustands eines an der Markiereinheit festgelegten Objekts oder eines an die Markiereinheit bspw. in einer lokalen Kommunikation übertragenen Zustands) und zum Ein- und Ausschalten der Kommunikationselemente eingerichtet ist, wobei das Ein- und Ausschalten der Kommunikationselemente gemäß einer implementierten Kodierungsvorschrift erfolgt. Dies ist mit Kodierung der Informationen gemeint.
Die Bildfrequenz, mit der die optische Bilderfassungseinheit (kurz auch als Kamera bezeichnet) die Bilder der Markiereinheit aufnimmt, liegt vorzugsweise bei mindestens etwa 70 Hz, vorzugsweise bei mehr als 100 Hz oder 150 Hz. Da sich bei den Markierungen und Kommunikationselementen um optische aktive Elemente oder durch eine externe Quelle angestrahlten Retroreflektoren, d.h. leuchtende Elemente, handelt, sind zur Erfassung keine langen Belichtungszeiten eines einzelnen Bildes notwendig. So lassen sich auch im industriellen Umfeld mit derzeit gängigen optisch Elementen, bspw. IR-LEDs und IR-Kameras oder IR-Strahler in Kombination mit Retroreflektoren und IR-Kameras, Bildfrequenzen in einem Bereich von etwa 160 Hz bis 300 Hz erreichen. Nach oben begrenzt werden sinnvolle Bildfrequenzen durch die benötigte Belichtungszeit. Bei der Empfindlichkeit derzeit gängiger optischer Elemente liegt eine sinnvolle obere Grenze der Bildfrequenz in der Größenordnung 1 kHz.
Die Markiereinheit kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dazu eingerichtet sein, für die Kodierung von Informationen eine k-aus-n-Kodierung zu verwenden, wobei n die Anzahl der optisch aktivierbaren Kommunikationselemente und k die Anzahl der während der Kodierung gleichzeitig angeschalteten Kommunikationselemente, d.h. der das Symbol bildenden Kommunikationselemente, sind.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind mindestens 6 Kommunikationselemente vorgesehen, d.h. es gilt n ≥ 6. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Anzahl der Kommunikationselemente n zwischen 10 und 20. Hierdurch wird eine sinnvolle Balance zwischen der erreichbaren Bandbreite und der Anzahl der auf der Markiereinheit unterzubringenden Kommunikationselemente erreicht. Zum einen darf die Größe der Markiereinheit nicht so groß werden, dass sich die Markiereinheit nicht mehr gut auf den Objekten festlegen lässt. Zum anderen muss der Abstand zwischen den verschiedenen Kommunikationselementen so groß sein, dass diese sich in dem Bild der Kamera gut auflösen lassen. Eine bevorzugte Anwendung liegt bei etwa n = 16 Kommunikationselementen. Gleichzeitig aktiviert werden für die Kodierung von Informationen bspw. k = 1 bis k = 3 Kommunikationselemente. Diese stellen bei n = 16 Kommunikationselementen bevorzugte Kodierungen dar, d.h. eine 1-aus-16-Kodierung, 2-aus-16-Kodierung oder eine 3-aus-16-Kodierung. Da über k die Anzahl der gleichzeitig aktiven Elemente festgelegt wird skaliert der Energiebedarf im Falle vom aktiv leuchtenden Markierungen entsprechend.
Die Anzahl der in einem Bild unterscheidbaren Symbole bei einer /(-aus-n-Kodierung entspricht $(\begin{matrix} n \\ k \end{matrix}) = \frac{n!}{(n - k)! \cdot k!}$
Bei einer 2-aus-16-Kodierung ergeben sich 120 verschiede Kombinationen (Symbole) von jeweils 2 leuchtenden von insgesamt 16 vorhandenen Kommunikationselementen. Bei einer 3-aus-16 Kodierung ergeben sich entsprechend 560 Kombinationen (Symbole) von jeweils 3 leuchtenden von insgesamt 16 vorhandenen Kommunikationselementen. Bei der energiesparenden 1-aus-16-Kodierung verbleiben 16 verschiede Kombinationen. Unter „Symbol“ wird die Anzahl der k gleichzeitig angeschalteten Kommunikationselemente in der Anordnung der Gesamtheit aller n Kommunikationselemente verstanden.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass bei einer 2-aus-16-Kodierung bis zu 120 verschiedene Markiereinheiten in einem Bild unterschieden werden können, wenn jede Markiereinheit durch ein anderes Symbol auf den insgesamt 16 Kommunikationselementen dargestellt bzw. identifiziert wird. Bei einer 3-aus-16-Kodierung können sogar bis zu 560 verschiedene Markiereinheiten in einem Bild unterschieden werden.
Allgemeiner ausgedrückt können in einem Bild bei einer 2-aus-16-Kodierung 120 verschiedenen Informationen, und bei der 3-aus-16-Kodierung 560 verschiedenen Informationen dargestellt werden. In diesen Informationen werden die Nutzdaten übertragen. Entsprechendes gilt bei verminderter Bandbreite und gleichzeitig vermindertem Energiebedarf auch für die 1-aus-16-Kodierung.
Wenn diese in den Kommunikationselementen einer Markiereinheit dargestellten Informationen sich über die Zeit nicht ändern, ist in jedem Bild dieselbe Information dekodiert. In diesem Fall kann ein Symbol als Tracker-ID (d.h. als Identifikationskennung für eine Markiereinheit) verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann die Markiereinheit auch dazu eingerichtet sein, in zeitlicher Abfolge mehrere Symbole nacheinander darzustellen.
Mit anderen Worten heißt dies, dass die Markiereinheit zu eingerichtet ist, eine Datenübertragung durchzuführen, bei der in der Markiereinheit verschiedene Informationen in den Nutzdaten zeitlich nacheinander kodiert in den Kommunikationselementen dargestellt werden. Die Nutzdaten werden also in eine Folge von mehreren Symbolen kodiert und in einer zeitlichen Abfolge dargestellt.
Die Bilderfassungseinheit erfasst diese verschiedenen Symbole in ihrer zeitlichen Abfolge durch Aufnehmen der Bilderserie. Jedes Bild bzw. präziser jedes verschiedene Symbol wird in der Auswerteeinheit dekodiert und die Nutzdaten werden aus der Folge der dekodierten Symbole zusammengesetzt. Damit ist die Menge der Information nicht auf die Anzahl der durch die Kodierung vorgegebenen Informationen beschränkt.
Da die optische Bilderfassungseinheit respektive Kamera die Markiereinheit ohnehin in einer Serie von Bildern aufnimmt, um Änderungen in der Lage und Position der Markiereinheit im zeitlichen Verlauf zu erfassen, lassen sich ohne Änderungen des Ablaufs bei der Bildaufnahme und Auswertung auch der Markiereinheit zugeordnete Nutzdaten in grundsätzlich beliebiger Menge übertragen.
Die in der Folge der nacheinander übertragenen Symbole können auch dieselben (identischen) Symbole sein, die unmittelbar aufeinanderfolgend kodiert und damit übertragen werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung dieses Erfindungsgedankens kann die Markiereinheit dazu eingerichtet sein, die zeitliche Abfolge der mehreren Symbole mit einer Symbolfrequenz zu erzeugen, die höchstens der Bildfrequenz der Bilderfassungseinheit entspricht.
Hierdurch wird erreicht, dass jedes Symbol in (mindestens) einem Bild erfasst und somit eine Übertragung aller Daten gesichert wird. Wenn die Symbolfrequenz der Bildfrequenz entspricht, wird die höchstmögliche Datenrate bei der Übertragung erreicht. Hierfür muss sichergestellt werden, dass die Nutzerdaten in dem Bild auch zuverlässig dekodiert werden können. Dies lässt sich grundsätzlich auf verschiedene Arten erreichen.
Durch eine Synchronisation der Darstellung der Symbole in den Kommunikationselementen mit der Bildaufnahme lässt sich erreichen, dass in jedem Bild genau ein Symbol darstellt ist. Die Belichtungszeit ist dann so kurz zu wählen, dass tatsächlich nur das eine Symbol in den Kommunikationselementen sichtbar ist, d.h. die Anschaltzeit der Kommunikationselemente zur Darstellung der Symbole muss so lang bzw. kurz sein, dass während der Belichtungszeit des Bildes sicher nur diese eine Symbol dargestellt wird. Eine Synchronisation kann in für den Fachmann grundsätzlich bekannter Weise durch Übertragung geeignet gewählter Synchronisations-Symbolfolgen erreicht werden. Dies ist jedoch aufwendig. Außerdem geht eine bestehende Synchronisation gerade im industriellen Umfeld mit meist nicht optimalen Übertragungsbedingungen auch recht häufig wieder verloren, was eine erneute Synchronisation für die Fortsetzung der Kommunikation voraussetzen würde.
Daher sehen besonders bevorzugte Ausführungsformen eine asynchrone Kommunikation vor, in der das Umschalten zwischen den Symbolen in der Kodierung und die Bildaufnahme nicht synchronisiert sind. Dies führt dazu, dass zwei oder mehr Symbole überlagert in einem Bild dargestellt sein können. Ein solches Bild ist erstmal nicht auswertbar, weil die Kodierung nicht erkennbar ist und das Bild somit nicht dekodiert werden kann.
Um die Dekodierung in einer einfachen Ausgestaltung dennoch zu ermöglichen, kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Markiereinheit dazu eingerichtet ist, die zeitliche Abfolge der unterschiedlichen Symbole mit einer Symbolfrequenz zu erzeugen, die 1/i der Bildfrequenz der Bilderfassungseinheit entspricht, wobei i eine beliebige Zahl deutlich größer als 1 ist, d.h. bspw. i ≥ 1,5 oder i ≥ 1,8. Bevorzugt ist i gleich einer Zahl zwischen etwa 2 und 4. Im Fall von i = 2 entspricht die Symbolfrequenz gerade der Hälfte der Bildfrequenz mit der Folge, dass ein Symbol in jedem Fall in 2 aufeinander folgenden Bildern abgebildet ist, im Falle von i = 3 in drei Bildern usw.. Durch Vergleich von zwei oder mehr Bildern kann damit die Symbolfolge rekonstruiert werden. Allerdings vermindert sich die Datenrate auch um den Faktor 1/i.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform schlägt die Erfindung eine Erweiterung der k-aus-n-Kodierung vor, bei dem die Markiereinheit dazu eingerichtet ist, im Zyklus der nacheinander dargestellten, k-aus-n kodierten Symbole jeweils die k angeschalteten Kommunikationselemente des vorausgegangenen Symbols nicht für das nachfolgende Symbol zu verwenden.
Entsprechend dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, bei der Dekodierung eines Symbols in einem Bild die k angeschalteten Kommunikationselement des vorausgegangenen Symbols nicht für die Dekodierung zu verwenden. Dazu kann die Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, alle angeschalteten Kommunikationselemente - bspw. mittels einer Bildauswertungssoftware - in dem aktuellen Bild zu identifizieren und mit den angeschalteten Kommunikationselementen des vorausgegangenen Symbols zu vergleichen, wobei angeschalteten Kommunikationselemente des vorausgegangenen Symbols bei der Dekodierung des Symbols in dem aktuellen Bild nicht berücksichtigt werden.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich erfindungsgemäß alle angeschalteten Kommunikationselemente zwischen dem vorangehenden und dem nachfolgenden Symbol aus der zeitlichen Abfolge der mehreren Symbole. Damit lässt sich jedes Bild mit der Kenntnis des vorausgegangenen Symbols eindeutig identifizieren. Dies gilt gerade auch für den bevorzugten Fall, dass die Symbolfrequenz und die Bildfrequenz gleich gewählt werden.
In dieser abgewandelten k-aus-n-Kodierung für eine Folge von kodierten Symbolen, bei denen die k Kommunikationselemente aus dem jeweils vorausgegangenen Symbol für das nachfolgende Symbol nicht verwendet werden, reduziert sich die Anzahl der in einem Bild unterscheidbaren Symbole bei einer k-aus-n-Kodierung entsprechend auf ${(\begin{matrix} n \\ k \end{matrix})}^{*} = \frac{(n - k)!}{(n - 2 k)! \cdot k!}$
Für diese abgewandelte 2-aus-16-Kodierung ergeben sich also nur noch 91 (anstelle von 120) verschiede Kombinationen von jeweils 2 leuchtenden von insgesamt 16 vorhandenen Kommunikationselementen. Bei einer 3-aus-16 Kodierung ergeben sich entsprechend nur noch 286 (anstelle von 560) Kombinationen von jeweils 3 leuchtenden von insgesamt 16 vorhandenen Kommunikationselementen. Entsprechend gibt es in der energiesparenden 1-aus-16 Kodierung nur noch 15 (anstelle von 16) Kombinationen.
Da - insbesondere in dieser Ausführungsform - die Kodierung und Dekodierung eines Symbols von dem in der Abfolge der mehreren Symbole vorausgegangen Symbol abhängt, kann ein Symbol nicht ohne Kenntnis eines vorausgegangenen Symbols kodiert oder dekodiert werden. Als Einstieg für die zeitliche Abfolge wird daher erfindungsgemäß ein definierter Startpunkt festgelegt, der in der Markiereinheit und der Auswerteeinheit implementiert ist. Als Startpunkt für die Abfolge mehrerer Symbole kann in der Markeiereinheit implementiert sein, ein sich nicht änderndes Symbol für eine so lange Zeit zu erzeugen, dass dieses Symbol in mindestens zwei aufeinander folgenden Bildern, vorzugsweise mehr als zwei, bspw. drei bis sechs, Bildern, der Markiereinheit unverändert sichtbar ist.
Ein solcher Einstieg in eine zeitliche Abfolge mehrerer Symbole als Beginn einer Kommunikation kann in der Auswerteeinheit leicht identifiziert werden. Beispielsweise kann als ein Einstieg auch ein Symbol gewählt werden, das in der Kodierung für die Kommunikation ein nicht zulässiges Symbol darstellt. Damit können Verwechslungen vermieden werden. Dieses Symbol ist entsprechend in der Markiereinheit und der Auswerteeinheit implementiert, damit es zur Kodierung und Dekodierung zur Verfügung steht. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, eine Abfolge mehrerer verschiedener Symbole als Einstiegspunkt zu definieren, von denen zumindest eines, ggf. alle, so lange durch die Markiereinheit erzeugt werden, dass dieses Symbol in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Bildern der Markiereinheit unverändert sichtbar ist. Zu den Symbolen können auch solche Symbole gehören, bei denen alle Markierungen und/oder Kommunikationselemente an- oder abgeschaltet sind. Auch eine Markiereinheit mit nur abgeschalteten Kommunikationselementen kann als ein Symbol der Kodierung verstanden werden.
In einer vorteilhaften Implementierung kann vorgesehen sein, dass das als Startpunkt erzeugte, sich für die vorschrieben lange Zeit nicht ändernde Symbol eine eindeutige Identifikation einer von mehreren Markiereinheiten in der erfindungsgemäß vorgeschlagen Vorrichtung ist. Eine solche Konfiguration kann sich in einem bspw. industriellen Umfeld ergeben, wenn die Position, die Lage und/oder der Zustand mehrerer Objekte im Raum erfasst werden sollen. In diesem Fall können von einer (oder ggf. auch mehreren) optischen Erfassungseinheiten der Vorrichtung viele verschiedene Markiereinheiten erfasst werden, die - bezogen auf die eine Vorrichtung - eine eindeutige Identifikation aufweisen. Bei der beispielhaft beschriebenen 2-aus-16-Kodierung können bis zu 120 verschiedene Markiereinheiten einer Vorrichtung (im Sinne eines Systems) eindeutig identifiziert werden, bei einer 3-aus-16-Kodierung sind dies sogar bis zu 560 verschiedene Markiereinheiten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Markiereinheit dazu eingerichtet ist, die in der zeitlichen Abfolge nacheinander dargestellten Symbole durch unterschiedliche Kodierungen zu erzeugen.
Eine konkrete Ausführungsform kann bspw. vorsehen, dass zunächst eine 2-aus-16-Kodierung verwendet wird, um eine eindeutige Identifikation der Markiereinheit (Tracker-ID) für bis zu 120 Markiereinheiten zu erzeugen. Diese eindeutige Identifikation kann bspw. als Startpunkt für die Kommunikation als Symbol gesendet werden, die sich über mehrere durch die Bilderfassungseinheit aufgenommene Bilder nicht ändert. Daran kann sich dann eine Kommunikation mit Symbolen nach einer 3-aus-16-Kodierung anschließen, insbesondere entsprechend der bereits beschriebenen abgewandelten 3-aus-16-Kodierung, in der die Symbolfrequenz der Bildfrequenz entspricht. Die Zuordnung der 2-aus-16-Kodierung und der 3-aus-16-Kodierung zum Dateninhalt (eindeutige Identifikation und Nutzdatenkommunikation) kann natürlich auch gerade umgekehrt erfolgen. Hier wird der Fachmann jeweils geeignete Zuordnungen und/oder Kodierungen, auch unter Berücksichtigung der Energieanforderungen, auswählen. Entsprechend gilt für die konkrete Auswahl der k-aus-n-Kodierung. Die Anzahl der verschiedenen Symbole, d.h. die Anzahl der gleichzeitig leuchtenden Kommunikationselemente k wird der Fachmann für den Einzahl geeignet auswählen, wobei er die Randbedingungen „Energieverbrauch“ bei batteriebetriebenen Markiereinheiten und „Kommunikationsbandbreite“ geeignet abwägen wird.
In jedem Fall sind die übertragenen Nutzdaten erfindungsgemäß genau einer identifizierten Markiereinheit zugewiesen. Nach Beendigung der Kommunikation können erfindungsgemäß in einer Kommunikationsvariante alle Kommunikationselemente für eine vorgegebene Dauer ausgeschaltet werden, bis ein neuer Kommunikationszyklus in dergleichen Weise erzeugt wird.
Bei der Dekodierung und Auswertung der Symbole können unterschiedliche Informationen, wie bspw. die Identifikation der Markiereinheiten und die Kommunikation von Nutzdaten, durch die Verwendung unterschiedlicher Kodierungen leicht identifiziert und voneinander getrennt werden.
Gemäß einer Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die mindestens vier optischen Markierungen derart auf der Markiereinheit angeordnet sind, dass jeweils zwei der Markierungen eine Gerade definieren, und die so definierten Geraden sich in einem Kreuzungspunkt schneiden. Wenn eine der Markierungen im Kreuzungspunkt der Gerade liegt, reichen für die Definition der beiden Geraden insgesamt drei Markierungen. Dann kann auch bei vier Markierungen eine Markierung außerhalb der durch die beiden Geraden aufgespannten Ebene liegen. Andernfalls sind hierfür erfindungsgemäß mindestens fünf Markierungen notwendig. Dies ermöglicht, insbesondere wenn vorzugsweise mindestens drei der Markierungen in einer gemeinsamen Ebene liegen und mindestens eine Markierung außerhalb dieser Ebene liegt, eine genaue Lage- und Positionsbestimmung der Markiereinheit in nur einem zweidimensionalen Bild mit nur einer zweidimensionalen Kamera. Mit der Lage- und Positionsbestimmung der Markiereinheit sind auch die Position Lage des Objekts, an dem die Markiereinheit festgelegt sind, bekannt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass mindestens sechs optische Markierungen derart auf der Markiereinheit angeordnet sind, dass jeweils drei der Markierungen eine Gerade definieren, und die so definierten Geraden sich in einem Kreuzungspunkt schneiden. Wenn eine der Markierungen im Kreuzungspunkt der Gerade liegt, reichen für die Definition der beiden Geraden insgesamt fünf Markierungen. Dann kann auch bei sechs Markierungen eine Markierung außerhalb der durch die beiden Geraden aufgespannten Ebene liegen. Ggf. kann auch eines der Kommunikationselemente, das auf einer der Geraden liegt, mit als eine Markierung für die Bestimmung der Geraden verwendet werden.
Dies ermöglicht, insbesondere wenn vorzugsweise mindestens fünf der Markierungen in einer gemeinsamen Ebene liegen und mindestens eine Markierung außerhalb dieser Ebene liegt, neben der genauen Lage- und Positionsbestimmung der Markiereinheit in nur einem zweidimensionalen Bild mit nur einer zweidimensionalen Kamera auch das schnelle Auffinden und Zuordnen der Markierungen im zweidimensionalen Bild. Mit der Lage- und Positionsbestimmung der Markiereinheit sind auch die Position Lage des Objekts, an dem die Markiereinheit festgelegt sind, bekannt.
Die Grundzüge der Auswertung, die auf geometrischen Überlegungen beruht und ausnutzt, dass die relative geometrische Anordnung der Markierungen zueinander auf der Markiereinheit bekannt ist, sind aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt und gehören zum allgemeinen Fachwissen des Fachmanns. Durch die genannte Mindestanzahl an Markierungen ist es möglich, die Anzahl der zu berechnenden Homografien auf eine Einzige zu beschränken. Die Erfindung lässt sich im Hinblick auf die Lage- und Positionsbestimmung mit allen geeigneten Verfahren realisieren, die an dieser Stelle entsprechend nicht mehr erläutert werden müssen.
In einer solchen Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn die mindestens sechs, vorzugsweise alle, Kommunikationselemente entlang dieser mindestens einen Geraden zwischen zwei benachbarten Markierungen angeordnet sind.
Grundsätzlich, und auch anders als in Anspruch 1 beansprucht, kann die Anzahl der Kommunikationselement erfindungsgemäß auch kleiner als sechs sein. Um die vorgeschlagene k-aus-n-Kodierung anzuwenden, ist mindestens eine Anzahl von n=2 Kommunikationselementen notwendig. Eine alternative Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung mit einer Markiereinrichtung, der nur zwei, drei, vier oder fünf Kommunikationselements aufweist.
Statt alle Kommunikationselemente entlang einer Geraden zwischen zwei Markierungen anzuordnen, können die Kommunikationselemente erfindungsgemäß auch entlang mehrerer Reihen definiert zwischen den ortsfesten Markierungen angeordnet sein, d.h. in einer Art Matrixanordnung. Die Reihen und Spalten können bspw. parallel zu einer oder beiden der ersten und zweiten Gerade oder gedreht dazu. Eine derartige Anordnung in mehreren Reihen, bspw. in einer Matrixform, ermöglicht kompaktere Markiereinheiten.
In jedem Fall lassen sich die Kommunikationselemente durch die definierte Anordnung relativ zu den Markierungen leicht in jedem zweidimensionalen Bild identifizieren und die Symbole dekodieren.
Bei Anordnung der Kommunikationselemente entlang der einen Geraden (bzw. jeder Reihe in einer Matrixanordnung) kann die Auswerteeinheit zur Dekodierung der Symbole dazu eingerichtet sein, in dem Bild jeweils den Abstand zwischen einer ausgewählten der beiden benachbarten Markierungen und einem der angeschalteten (im Sinne von das Symbol mit bildenden) Kommunikationselemente zu ermitteln und auf den Abstand der beiden benachbarten Markieren zu normieren, wobei der jeweilige Abstand für alle angeschalteten Kommunikationselemente entsprechend Ihrer Größe (aufsteigend oder absteigend) sortiert in einen Ergebnisvektor eingetragen wird. Der Ergebnisvektor mit allen möglichen, aufgrund der verwendeten Kodierungen für die Symbole erwartbaren Kodierungsvektoren auf die beste Übereinstimmung zu prüften, wobei der erwartete Kodierungsvektor mit der besten Übereinstimmung das zur Dekodierung verwendete Symbol definiert.
Mit anderen Worten wird - bei einer k-über-n-Kodierung - entlang der einen (oder ggf. auch mehreren) Gerade ein Vektor mit k Längeneinträgen definiert, wobei jeder Längeneintrag ein angeschaltetes Kommunikationselement anzeigt. Da alle Kommunikationselemente bevorzugt auf einer Gerade liegen, die durch die beiden begrenzenden Markierungselemente in ihrer Länge genau definiert ist, kann durch eine Normierung des Kodierungsvektors auf den Abstand der beiden benachbarten, die Kommunikationselemente einschließenden Markieren der Kodierungsvektor robust aus jedem zweidimensionalen Bild der Markiereinheit extrahiert werden. Grundsätzlich kann eine entsprechende Anordnung auch in einer Matrixanordnung bei geeigneter (insbesondere asymmetrischen) Positionierung der Matrixanordnung zwischen den Markierungen erreicht werden. Eine hierüber erreichte Dekodierung ist sehr zuverlässig, insbesondere sehr stabil gegen Bildrauschen.
Der Kodierungsvektor V_Bild lässt sich für eine 3-aus-n-Kodierung durch die folgende Formel beschreiben $V_{Bild} = ‖ M1 - A1 ‖, ‖ M1 - A2 ‖, ‖ M1 - A3 ‖ / ‖ M1 - M0 ‖,$
wobei A1, A2, A3 die Bildpunkte der angeschalteten Kommunikationselemente und M0, M1 die benachbarten, die Kommunikationselemente umgebenden Markierungen sind.
Der Kodierungsvektor V_Bild wird allen erwartbaren Kodierungsvektoren Verwaltet, von denen jeder ein in der Kodierung gültiges Symbol repräsentiert, verglichen. Dies kann durch eine Subtraktion des Kodierungsvektor V_Bild und den erwartbaren Kodierungsvektoren V_erwartet erfolgen, wobei der Betrag des erhaltenen Vektors (Match) den Grad der Übereinstimmung anzeigt $Match = ‖ V_{Bild} - V_{enwartet} ‖$
Der erwartbare Kodierungsvektoren Verwartet mit dem kleinsten zugeordneten Mach wird als das zu dekodierende Symbol anzeigende Vektor gewählt.
Eine besonders zuverlässige Auswertung lässt sich erreichen, wenn eine Markierung in der Ebene im Kreuzungspunkt der Geraden angeordnet ist. Dies kann eine zusätzliche Markierung oder Bestandteil der jeweils mindestens zwei Markierungen sein, die eine der beiden Geraden definieren. Da die im Kreuzungspunkt liegende Markierung auf beiden Geraden liegt, sind erfindungsgemäß drei Markierungen ausreichend, um die beiden Geraden zu definieren. Es entspricht jedoch einer bevorzugten Ausführungsform, dass jede Gerade durch mindestens zwei unabhängige Punkte identifizierbar ist.
Der Kreuzungspunkt wird durch die Richtung der zwei Geraden definiert und lässt sich im zweidimensionalen Bild sehr zuverlässig bestimmen. Damit bietet sich dieser Punkt insbesondere an, um den Abstand zwischen dem angeschalteten Kommunikationselement und der im Kreuzungspunkt angeordneten Markierung zu ermitteln.
Es hat sich als eine besonders bevorzugte Ausführungsform herausgestellt, die Ebene durch mindestens fünf der Markierungen zu definieren, welche in zwei Geraden mit mindestens einer gemeinen Markierung angeordnet sind. Das Auffinden von Linien mit drei Markierungen ist im industriellen Umfeld robuster als das Auffinden von durch nur zwei Markierungen definierte Linien. Des Weiteren kann mindestens eine der genannten fünf Markierungen durch ein auch zur Kommunikation genutztes Kommunikationselement realisiert werden.
Als Weitere besonders bevorzugte Ausführungsform hat sich die freie Anordnung der von der Ebene der restlichen Markierungen abgesetzten Markierung herausgestellt. Hierbei werden Verdeckungen der Markierungen in der Ebene durch die abgesetzte Markierung bei Betrachtung unter großen Winkeln vermieden. Die Position der von der Ebene abgesetzte Markierung wird entsprechend der im konkreten Anwendungsfalls zu erwartenden Blickwinkel anwendungsspezifisch festgelegt und steht nicht in direkter Relation zu den Geraden, welche von den Markierungen in der Ebene definiert werden.
Als Weitere besonders bevorzugte Ausführungsform hat sich eine Variante mit zwischen 1-aus-16, 2-aus-16 und 3-aus-16 umschaltbarer Kodierung für die Kommunikation der Nutzdaten herausgestellt, wobei 16 hier allgemein als n gelesen werden kann, wobei die die Anzahl der für die Kommunikation nutzbaren, d.h. die in der Markiereinheit insgesamt verbauten Kommunikationselemente, bedeutet.
Somit kann vom Nutzer der Markierungseinheit selbst entschieden werden, ob die Übertragungsgeschwindigkeit oder der Energieverbrauch der Markierungseinheit Priorität einzuräumen ist. Die Anzahl der gleichzeitig verwenden Markierungen hat bei der Verwendung von aktiv selbst leuchtenden Markierungen einen entscheidenden Einfluss auf den Energieverbrauch.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale Teil der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:

1 schematisch eine Aufsicht auf eine bevorzugte erste Ausführungsform der Markiereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 schematisch eine Aufsicht auf eine bevorzugte zweite Ausführungsform der Markiereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Markiereinheiten;
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß bevorzugten Kodierung für die Kommunikation von Nutzdaten; und
5 eine schematische Darstellung einer nicht-synchronisierten Kommunikation zur Erläuterung;

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Markiereinheit 1 einer Vorrichtung zur Lage- und Positionserkennung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese zeigt die Markiereinheit 1 mit fünf Markierungen 2.1 bis 2.5 und sechszehn optisch aktivierbaren Kommunikationselementen 3.1 bis 3.16.
Die Markierungen 2.1 bis 2.4 sind in einer Ebene angeordnet, die durch zwei Geraden 4 und 5 aufgespannt wird. Diese Geraden 4, 5 sind in 1 durch strickpunktierte Hilfslinien dargestellt.
Die erste Gerade 4 wird durch die Markierungen 2.1 und 2.2 definiert, wobei alle Kommunikationselemente 3.1 bis 3.16 auch auf dieser Geraden 4 angeordnet sind. Die zweite Gerade 5 wird durch die Markierungen 2.1, 2.4 und 2.4 definiert. Die Markierung 2.1 liegt gerade im Kreuzungspunkt der beiden Geraden 4, 5 und ist damit Teil der beiden Geraden 4, 5.
Die Markierung 2.5 liegt außerhalb der durch die beiden Geraden 4, 5 definierten Ebene, vorzugsweise derart, dass die senkrechte Projektion der Markierung 2.5 auf die Ebene nicht auf einer der beiden Gerade 4, 5 liegt.
In Anwendung bekannter geometrischer Beziehungen der Markierungen 2.1 bis 2.5 zueinander, die dem Fachmann aus dem eingangs zitierten Stand der Technik hinlänglich bekannt sind und daher an dieser Stellung nicht explizit beschrieben werden müssen, können über eine Bilderkennung aus zweidimensionalen Bildern der Markiereinheit 1 die Position und Lage der Markiereinheit 1 in einem Raumkoordinatensystem eindeutig bestimmt werden. Die das Bild aufnehmende Kamera (d.h. eine in 1 nicht dargestellte optische Bilderfassungseinheit) ist auf dieses Raumkoordinatensystem kalibriert. In einer einfachsten Ausführungsform kann ein durch die Kamera vorgegebenes Raumkoordinatensystem verwendet werden. Alternativ kann auch jedes beliebige Koordinatensystem verwendet werden, auf das die Kamera kalibriert ist. Auch dies ist dem Fachmann bekannt und muss an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.
Bei der dargestellten Markiereinheit 1 sind die Markieren 2.1 bis 2.5 und die Kommunikationselemente 3.1 bis 3.16 durch unterschiedliche optisch aktive oder passive Elemente gebildet, beispielswiese IR-LEDs unterschiedlicher Größe, Wellenlänge oder Identität. Es ist auch denkbar, dass die Markierungen 2.1 bis 2.5 optisch passive Retroreflektoren gebildet sind.
Die Markiereinheit 1 weist einen bspw. kreuzförmigen Grundkörper auf, an dem die Markierungen 2.1 bis 2.5 und die Kommunikationselemente 3.1 bis 3.16 festgelegt sind. Der Grundkörper ist der Übersichtlichkeit halber in den Zeichnungen nicht dargestellt. In den Grundkörper ist eine ebenso nicht dargestellte Recheneinheit integriert, die erfindungsgemäß zur Durchführung der Kommunikation in der bereits beschriebenen Weise eingerichtet ist, insbesondere zum Kodieren von zu übertragenden Nutzdaten und zum Aktivieren und Deaktivieren optisch aktiver Elemente (insbesondere der Kommunikationselemente, ggf. auch der Markierungen). Auch die Recheneinheiten der Markiereinheiten sind in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Markiereinheit 11 dargestellt, in der die Markierungen 12.1 bis 12.5 und die Kommunikationselemente 13.1 bis 13.16 durch dieselben optisch aktiven Elemente, bspw. Infrarot-LEDs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, ausgebildet sind. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß 2 der Ausführungsform gemäß 1. Die verstehende Beschreibung gilt daher entsprechend auch für die Ausführungsform gemäß 2.
3 zeigt schematisch eine Gesamtansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung 20 zur Lage- und Positionserkennung von Markierungen 2, 12 im Raum, die auf mehreren Markiereinheiten, in dem dargestellten Beispiel sechs Markiereinheiten 23 bis 28, angeordnet sind. Die Markiereinheiten 23 bis 28 entsprechend den in den 1 oder 2 näher beschriebenen Markiereinheiten 1, 11 und weisen jeweils die fünf beschriebenen Markierungen 2, 12 und die sechzehn beschriebenen Kommunikationselemente 3, 13 auf, ohne dass die Erfindung auf diese genaue Anzahl beschränkt ist.
Die Vorrichtung 20 umfasst eine als Kamera ausgebildete optische Bilderfassungseinheit 21, die mehrere verschiedene Markiereinheiten 23 bis 28 in einem Bild aufnehmen kann. Erfindungsgemäß können auch mehrere Kameras 21 (optische Bilderfassungseinheiten) vorgesehen sein, um einen größeren Raumbereich optisch erfassen zu können. Die bzw. jede Kamera 21 ist an eine Auswerteeinheit 22 angeschlossen, die in bekannter und grundsätzlich bereits beschriebener Weise zur eindeutigen Bestimmung der Lage und der Position jeder der Markiereinheiten 23 bis 28 eingerichtet ist. Hierzu werden die jeweiligen Markierungen 2, 12 der Markiereinheiten 23 bis 28, ggf. ergänzt durch die auch bekannten Positionen einer oder mehrerer der (leuchtenden) Kommunikationselemente 3, 13 eingerichtet. Die Markiereinheiten 23 bis 28 können unterschiedlich weit von der optischen Bilderfassungseinheit 21 entfernt sein, was in 3 durch die unterschiedliche Größe der Markiereinheiten 23 bis 28 symbolisiert ist. Auch deren Lage im Raum kann, wie dargestellt, unterschiedlich sein.
Vorzugsweise ist auch bei mehreren Kameras 21 eine gemeinsame Auswerteeinrichtung 22 vorgesehen, an die alle Kameras 21 angeschlossen sind.
Erfindungsgemäß sind die nicht dargestellten Recheneinheiten der Markiereinheiten 23 bis 28 zur Übertragung von Nutzdaten eingerichtet, die bspw. eine Identifikation der Markiereinheit 23 bis 28 und/oder andere Informationen bspw. eines Werkzeugs, welches an der Markiereinheit festgelegt ist, umfassen können. Die Recheneinheit kodiert dazu die Nutzdaten und stellt diese auf den (in dem dargestellten Beispiel sechzehn) Kommunikationselementen 3, 13 der Markiereinheiten 23 bis 28 dar.
Die optische Bilderfassungseinheit (Kamera) 21 nimmt die im Bildbereich liegenden Markiereinheiten 23 bis 28 mit den jeweils angeschalteten Kommunikationselementen auf. In der angeschlossenen Auswerteeinheit werden die Bilder ausgewertet, so dass jeder Markiereinheit die im Bild auf den Kommunikationselementen kodierte Information dekodiert werden kann.
In dem in 3 dargestellten Bespiel von den sechszehn Kommunikationselementen (vgl. 1 oder 2) sind jeweils zwei verschiedene Kommunikationselemente aktiviert bzw. angeschaltet und die restlichen 14 Kommunikationselemente deaktiviert bzw. ausgeschaltet. Damit enthält jedes der Kommunikationselemente eine unterschiedliche Information, die bspw. zur Identifikation der Markiereinheiten 23 bis 28 (Tracker-ID bzw. Identifikationskennung) verwendbar ist. Wenn jede Markiereinheit 23 bis 28 dauerhaft oder in vorgegebenen Abständen ihre Identifikationskennung anzeigt, lassen sich die Markiereinheiten 23 bis 28 auch in mehreren aufeinander folgenden Bildern nachverfolgen (tracken), selbst wenn die Markiereinheiten 23 bis 28 mit der Zeit ihre Position und/oder Lage im Raum verändern.
Die Erfindung ist bei der Kommunikation erfindungsgemäß aber nicht darauf beschränkt, eine Identifikationskennung jeder Markiereinheit 23 bis 28 zu übertragen, sondern ermöglich ggf. das Übertragen weiterer Informationen, wie bspw. die Betätigung eines Werkzeugs, an dem die Markiereinheit festgelegt ist, und die über die Recheneinheit der Markiereinheit auf eine beliebige Art und Weise erfassbar sind.
Dazu können die Identifikationskennung und andere Nutzdaten im Wechsel übertragen werden, indem die Recheneinheit die zu übertragenden Daten zeitlich nacheinander kodiert und auf den Kommunikationselementen darstellt. Die optische Bilderfassungseinheit 21 nimmt mehrere Bilder der Markiereinheiten 23 bis 28 nacheinander auf, so dass je nach den gerade übertragenen Informationen verschiedene Kommunikationselemente jeweils einer der Markiereinheiten 23 bis 28 aktiviert sind. Diese werden in der Auswerteinheit ermittelt und so die gesamten Nutzdaten aus den nacheinander übertragenen Daten, d.h. den jeweils in Abfolge aktivierten Kommunikationselementen, zusammengesetzt.
Eine solche Übertragung lässt sich grundsätzlich dadurch realisieren, dass das Umschalten der Aktivierung der Kommunikationselemente auf den Markiereinheiten 23 bis 28 und die Bildaufnahme synchronisiert sind. So kann in einem Bild genau eine Kodierung (Symbol) dargestellt werden. Eine solche (auch erfindungsgemäße) Kodierung ist jedoch aufwendig und erfordert das regelmäßige Austauschen von Synchronisationszeichenfolgen, um die Synchronisation aufrecht zu erhalten. Dies erfordert auf Seiten der (häufig batteriebetriebenen) Markiereinheiten 23 bis 28 einen erheblichen zusätzlichen Energieaufwand.
Wenn die Synchronisation bei der Übertragung allerdings verlorengeht, kann es vorkommen, dass während der Belichtungszeit eines Bildes verschiedene Kommunikationselemente ein- und ausgeschaltet werden. Dies ist in 5 beispielhaft für eine 2-aus-16-Kodierung gezeigt, wie sie eingangs bereits beschrieben wurde. Die angeschalteten Kommunikationselemente 34 („on“) sind dunkel, und die ausgeschalteten Kommunikationselemente 35 sind („off“) sind hell dargestellt.
Insgesamt sind sechszehn Kommunikationselemente vorgesehen, die der für eine einfache Referenzierung am linken Rand in 5-er Schritten durchnummeriert sind. Während einer Bildaufnahme 30 werden durch die Recheneinheit der Markiereinheit aufeinander folgend zwei Symbole auf den Kommunikationselementen der Markiereinheit dargestellt, die in 5 als erster Zustand 31 der Kommunikationselemente während Bildaufnahme und zweiter Zustand 32 der Kommunikationselemente während der Bildaufnahme gezeigt sind. In dem ersten Zustand 31 sind nur die Kommunikationselemente Nr. 5 und Nr. 9 angeschaltet (und bilden das kodierte Symbol). In dem zweiten Zustand wird das Symbol durch die angeschalteten Kommunikationselemente Nr. 4 und Nr. 7 gebildet.
Das sich aus dem Umschalten der Symbole während der Bildlichtungszeit, d.h. während der Bildaufnahme, ergebende Gesamtbild 33 der Kommunikationselemente zeigt ein Symbol mit insgesamt vier angeschalteten Kommunikationselementen, nämlich mit den Kommunikationselementen Nr. 4, Nr. 5, Nr. 7 und Nr.9. Dies stellt ein in der Kodierung unzulässiges Symbol dar und kann somit nicht dekodiert werden.
Weil eine Synchronisation von Bildaufnahme und Kodierung der Symbole auf den Kommunikationselementen aufwendig ist, schlägt die Erfindung als besonders bevorzugtes Kommunikationsverfahren vor, dass die Markiereinheit, respektive die Recheneinheit der Markiereinheit, dazu eingerichtet ist, die zeitliche Abfolge der unterschiedlichen Symbole mit einer Symbolfrequenz zu erzeugen, die höchstens der Bildfrequenz der Bilderfassungseinheit entspricht. Damit wird sichergestellt, dass in dem Bild der Kamera, die fortlaufend Bilder der Markiereinheit aufnimmt, höchstens zwei Zustände der Kommunikationselemente, wie in 5 durch die ersten und zweiten Zustände 31, 32 symbolisiert, enthalten sind.
Ferner ist die Markiereinheit, respektive die Recheneinheit der Markiereinheit, dazu eingerichtet, im Zyklus der nacheinander dargestellten, k-aus-n kodierten Symbole jeweils die k angeschalteten Kommunikationselemente des vorausgegangenen Symbols nicht für das nachfolgende Symbol zu verwenden.
Dies ist in 4 für eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kommunikation dargestellt, zu deren Durchführung die Markiereinheiten eingerichtet sind:

Der Zyklus der Kommunikation umfasst zwei verschiedene Datenarten, die durch unterschiedliche Kodierungen über den Zeitstrahl t dargestellt werden.

Die erste Datenart 40 ist eine Identifikationskennung (Tracker-ID) für die jeweilige Markiereinheit und wird in einer 2-aus-16-Kodierung kodiert. Die zweite Datenart 31 ist eine Nutzdatenkodierung, bei der beliebige andere Daten kodiert werden. Die Nutzdaten werden in einer 3-aus-16-Kodierung kodiert. Die Wahl der konkreten Kodierungen in diesem Beispiel dient lediglich der beispielhaften Erläuterung. Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Der Kommunikationsbeginn, d.h. der Startpunkt für die Abfolge mehrerer Symbole, wird in diesem Beispiel durch die erste Datenart 40, d.h. die Übertragung der Identifikationskennung, gebildet. Dies ist in 4 durch die linke Spalte von Kommunikationselementen dargestellt, welche die erste Kodierung der Identifikationskennung (erstes Symbol 45) beschreibt. In dem gewählten Beispiel ist die Identifikationskennung der Markiereinheit durch die eingeschalteten Kommunikationselemente 42 mit den Nummern Nr. 5 und Nr. 9 der insgesamt in der Spalte dargestellten sechzehn Kommunikationselemente wiedergegeben. Die übrigen Kommunikationselemente 43 sind ausgeschaltet.
Dieses erste Symbol 45 der Abfolge mehrerer Symbole der entsprechend dem Zeitstrahl t nacheinander angezeigten Symbole 45, 46, 47, 48, 49 ist ein sich nicht änderndes Symbol, das für eine so lange Zeit erzeugt wird, dass dieses Symbol 45 in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Bildern der Markiereinheit unverändert sichtbar ist. Hierdurch kann zum einen der Startpunkt einer Kommunikation angezeigt werden. Zu anderen wird sichergestellt, dass auch diese Information zumindest in dem letzten der mindestens beiden Bilder dekodierbar ist. Vorzugsweise kann auch eine größere Anzahl von Bildern gewählt werden, in denen sich die Kodierung des ersten Symbols 45 nicht ändert.
Das in der Abfolge zeitlich zweite Symbol 46 wird durch die zweite Datenart 41, d.h. durch von der Identifikationskennung verschiedene Nutzdaten, gebildet. Das Symbol wird entsprechend der 3-aus-16-Kodierung durch eingeschalteten Kommunikationselemente 42 mit den Nummern Nr. 4, Nr. 7 und Nr. 12 gebildet. Da die Kommunikationselemente mit den Nummern Nr. 5 und Nr. 9 in dem vorausgegangenen ersten Symbol 45 verwendet wurden, sind diese Kommunikationselemente 44 mit den Nummern Nr. 5 und Nr. 9 bei der Übertragung des zweiten Symbols gesperrt. In Kenntnis dieses vorausgegangen ersten Symbols 45 kann auch das zweite Symbol 46 in dem aufgenommenen Bild selbst dann zuverlässig dekodiert werden, wenn die Symbole mit den Nummern Nr. 5 und Nr. 9 auch in dem zweiten Bild noch als eingeschaltet erkennbar wären. Diese Kommunikationselemente mit den Nummern Nr. 5 und Nr. 9 würden bei der Dekodierung als für das zweite Symbol blockierte Kommunikationselemente 44 ignoriert.
Die nicht eingeschalteten Kommunikationselemente und die nicht blockierten Kommunikationselemente sind ausgeschaltete Kommunikationselemente 43.
Für das dritte Symbol 47 und das vierte Symbol 48, die auch der zweiten Datenart 41 (Nutzdaten) zugehören, gilt die Erläuterung zu dem zweiten Symbol 46 entsprechend.
Das fünfte Symbol 49 ist in dem Beispiel gemäß 4 wieder ein Symbol der ersten Datenart 40 (Identifikationskennung), das wie beschrieben für eine so lange Zeit erzeugt wird, dass dieses Symbol 49 in mindestens zwei aufeinander folgenden Bildern der Markiereinheit unverändert sichtbar ist. Daher ist es nicht unbedingt notwendig, bestimmte Kommunikationselemente als blockierte Kommunikationselemente 44 von der Dekodierung auszuschließen. Spätestes das zweite Bild ermöglicht die Dekodierung der Informationskennung. Aufgrund der anderen Kodierung (im Beispiel nur zwei statt drei leuchtender Kommunikationselemente 42) ist die Identifikationskennung auch als solche erkennbar.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ohne oder ohne nennenswerten zusätzlichen Energiebedarf neben der Positions- und Lageerkennung der Markiereinheiten eine Kommunikation zusätzlicher Nutzdaten mit einer maßvollen Bandbreite erreicht. Eine höhere Bandbreite lässt sich - unter Inkaufnahme eines höheren Energiebedarfs - jederzeit erreichen, indem die Informationsdichte durch Verwendung von mehr gleichzeitig in einem Symbol angeschalteten Kommunikationselementen erhöht wird.
Bezugszeichenliste

1: Markiereinheit
2.1 bis 2.5: Markierung
3.1 bis 3.16: Kommunikationselement
4: erste Gerade
5: zweite Gerade
11: Markiereinheit
12.1 bis1 2.5: Markierung
13.1 bis 13.16: Kommunikationselement
14: erste Gerade
15: zweite Gerade
20: Vorrichtung zur Lage- und Positionserkennung
21: optische Bilderfassungseinheit
22: Auswerteinheit
23: Markiereinheit
24: Markiereinheit
25: Markiereinheit
26: Markiereinheit
27: Markiereinheit
28: Markiereinheit
30: Dauer der Bildaufnahme
31: erster Zustand der Kommunikationselemente während Bildaufnahme
32: erster Zustand der Kommunikationselemente während Bildaufnahme
33: Bild der Kommunikationselemente
34: angeschaltetes Kommunikationselement („on“)
35: ausgeschaltetes Kommunikationselement („off“)
40: erste Datenart (Identifikationskennung, Tracker-ID)
41: zweite Datenart (Nutzdaten)
42: angeschaltetes Kommunikationselement („on“)
43: ausgeschaltetes Kommunikationselement („off“)
44: blockiertes Kommunikationselement („block“)
45: erste Symbol der Abfolge mehrerer Symbole
46: zweite Symbol der Abfolge mehrerer Symbole
47: dritte Symbol der Abfolge mehrerer Symbole
48: vierte Symbol der Abfolge mehrerer Symbole
49: fünfte Symbol der Abfolge mehrerer Symbole

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1813911 A1 [0003]
US 2005/0201613 A1 [0003]
EP 1498688 B1 [0003]
WO 2004/114112 A1 [0003]
US 2008/0111985 A1 [0003]
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US 5227985 A [0003]
US 7742895 B2 [0003]
DE 102014012693 A1 [0003, 0004]

Claims

Vorrichtung zur Lage- und Positionserkennung von Markierungen (2, 12) im dreidimensionalen Raum mit - mindestens einer Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28), die an einem Objekt festlegbar ist, mit mehreren Markierungen (2, 12), - einer optischen Bilderfassungseinheit (21), die zur Aufnahme von Bildern der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) eingerichtet ist, und - mit einer Auswerteeinheit (22), die zur eindeutigen Bestimmung der Lage und der Position der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) eingerichtet ist, wobei die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) mindestens vier Markierungen (2, 12) zur Lage- und Positionsbestimmung aufweist, von denen vorzugsweise mindestens drei der Markierungen (2.1 bis 2.4, 12.1 bis 12.4) in einer gemeinsamen Ebene liegen und mindestens eine Markierung (2.5, 12.5) außerhalb dieser Ebene liegt, dadurch gekennzeichnet, dass - die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) mindestens sechs optisch aktivierbare Kommunikationselemente (3, 13) zur Kodierung von Nutzdaten aufweist, wobei die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) dazu eingerichtet ist, die einzelnen Kommunikationselemente (3, 13) abhängig von den Nutzdaten anzuschalten oder auszuschalten, wobei die gleichzeitig angeschalteten Kommunikationselemente (34, 42) ein Symbol (45, 46, 47, 48, 49) der Kodierung bilden, - die Bilderfassungseinheit (21) eine Serie von Bilden der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) mit einer vorgegebenen Bildfrequenz aufnimmt, und - die Auswerteeinheit (22) dazu eingerichtet ist, in einem Bild aus den Markierungen (2, 12) die Lage und Position der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) zu bestimmen und aus der Gesamtheit der ein- oder ausgeschalteten Kommunikationselementen (34, 42; 35, 43) die kodierten Nutzdaten zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) dazu eingerichtet ist, für die Kodierung von Informationen eine k-aus-n-Kodierung zu verwenden, wobei - n die Anzahl der optisch aktivierbaren Kommunikationselemente (3, 13) sind und - k die Anzahl der während der Kodierung gleichzeitig angeschalteten Kommunikationselemente (34, 42) sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) dazu eingerichtet ist, dass in zeitlicher Abfolge mehrere Symbole (45, 46, 47, 48, 49) nacheinander dargestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinheit dazu eingerichtet ist, die zeitliche Abfolge der unterschiedlichen Symbole (45, 46, 47, 48, 49) mit einer Symbolfrequenz zu erzeugen, die höchstens der Bildfrequenz der Bilderfassungseinheit (21) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) dazu eingerichtet ist, im Zyklus der nacheinander dargestellten, k-aus-n kodierten Symbole (45, 46, 47, 48, 49) jeweils die k angeschalteten Kommunikationselemente (34, 42) des vorausgegangenen Symbols (44) nicht für das nachfolgende Symbol (45, 46, 47, 48, 49) zu verwenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) dazu eingerichtet ist, als Startpunkt für die Abfolge mehrerer Symbole (45, 46, 47, 48, 49) ein sich nicht änderndes Symbol (45, 49) für eine so lange Zeit zu erzeugen, dass dieses Symbol (45, 49) in mindestens zwei aufeinander folgenden Bildern der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) unverändert sichtbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) dazu eingerichtet ist, die in der zeitlichen Abfolge nacheinander dargestellten Symbole (45, 46, 47, 48, 49) durch unterschiedliche Kodierungen zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens vier Markierungen (2, 12) derart auf der Markiereinheit (1, 11, 23, 24, 25, 26, 27, 28) angeordnet sind, dass jeweils zwei der Markierungen (2, 12) eine Gerade (4, 5; 14, 15) definieren, und die so definierten Geraden (4, 5; 14, 15) sich in einem Kreuzungspunkt schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens sechs Kommunikationselemente entlang einer dieser Geraden (4, 14) zwischen zwei benachbarten Markierungen (2.1, 2.2; 12.1; 12.2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (22) dazu eingerichtet ist, - in dem Bild jeweils den Abstand zwischen einer ausgewählten der beiden Markierungen (2.1, 2.2; 12.1; 12.2) und einem der angeschalteten Kommunikationselemente (34, 42) zu ermitteln und auf den Abstand der beiden benachbarten Markierungen (2.1, 2.2; 12.1;12.2) zu normieren, wobei der jeweilige Abstand für alle angeschalteten Kommunikationselemente (34, 42) entsprechend ihrer Größe sortiert in einen Ergebnisvektor eingetragen wird, und - den Ergebnisvektor mit allen möglichen, aufgrund der verwendeten Kodierungen für die Symbole (45, 46, 47, 48, 49) erwartbaren Kodierungsvektoren auf die beste Übereinstimmung zu prüften, wobei der erwartete Kodierungsvektor mit der besten Übereinstimmung das zur Dekodierung verwendete Symbol (45, 46, 47, 48, 49) definiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreuzungspunkt der Geraden (4, 5; 14, 15) eine Markierung (2.1, 12.1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der dem angeschalteten Kommunikationselement (34, 42) und der im Kreuzungspunkt angeordneten Markierung (2.1, 12.1) ermittelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens sechs Kommunikationselemente (3, 13) entlang mehrerer Reihen zwischen zwei benachbarten Markierungen (2.1, 2.2; 12.1; 12.2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Markierung (2.5, 12.5) außerhalb der Ebene, die durch die mindestens drei der Markierungen (2.1 bis 2.4, 12.1 bis 12.4) definiert ist, derart angeordnet ist, dass eine senkrechte Projektion der außerhalb dieser Ebene liegenden Markierung (2.5, 12.5) in die Ebene nicht auf einer der Geraden (4, 5; 14, 15) liegt, die durch die in der Ebene liegenden mindestens drei Markierungen (2.1 bis 2.4, 12.1 bis 12.4) definiert sind.