DE10214462A1

DE10214462A1 - Meßverfahren und entsprechende Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE10214462A1
Application number: DE2002114462
Authority: DE
Inventors: Michael Gehri; Joerg Stierle; Peter Wolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-03-30
Filing date: 2002-03-30
Publication date: 2003-10-23
Also published as: WO2003083412A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren mit den folgenden Schritten: Messung der Entfernung (d) zu einem Meßobjekt, Bestimmung einer virtuellen lateralen Ausdehnung (B) des Meßobjekts, Berechnung der Objektgröße (G) des Meßobjekts in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung (d) und der ermittelten virtuellen lateralen Ausdehnung (B) des Meßobjekts. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Meßeinrichtung.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Meßverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Laser-Entfernungsmeßgeräte bekannt, die einen modulierten Laserstrahl auf ein Meßobjekt richten und den Laserstrahl nach der Reflexion an dem Meßobjekt wieder auffangen, so daß durch eine Laufzeitmessung die Entfernung zu dem Meßobjekt bestimmt werden kann.

Zum Anvisieren des Meßobjekts weisen derartige Laser-Entfernungsmeßgeräte üblicherweise eine Zieloptik auf, die in der Benutzer die laterale Ausdehnung des Meßobjekts ermitteln kann. Hierzu muß der Benutzer ablesen, wieviele Teilstriche der Skala das Meßobjekt in dem von der Zieloptik aufgenommenen Bild abdeckt. Unter Berücksichtigung der gemessenen Entfernung zu dem Meßobjekt und dem vorgegebenen Abbildungsmaßstab der Zieloptik kann dann die laterale Ausdehnung des Meßobjekts berechnet werden.

Weiterhin sind Laser-Entfernungsmeßgeräte bekannt, welche die Messung der Breite eines Meßobjekts ermöglichen, ohne daß der Benutzer aufwendige Berechnungen durchführen muß. Hierzu mißt der Benutzer die Entfernung zu zwei Punkten auf dem Meßobjekt, deren seitlicher Abstand bestimmt werden soll. Das Laser-Entfernungsmeßgerät berechnet dann aus den beiden gemessenen Entfernungen und dem Winkel zwischen beiden Punkten anhand trigonometrischer Formeln mit einem integrierten Rechner den seitlichen Abstand.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung ermöglicht mit nur einer einzigen Entfernungsmessung die Bestimmung der Größe eines Meßobjekts, ohne daß der Benutzer selbst aufwendige Berechnungen durchführen muß.

In einer Variante der Erfindung wird hierbei die Tatsache ausgenutzt, daß die Bildgröße des Meßobjekts in dem von einer Zieloptik aufgenommenen Bild nur von der Größe des Meßobjekts, der Entfernung zu dem Meßobjekt und dem Abbildungsmaßstab der Zieloptik abhängt.

Die Erfindung sieht deshalb vorzugsweise vor, daß die Bildgröße des Meßobjekts in dem von der Zieloptik aufgenommenen Bild ermittelt wird, um daraus unter Berücksichtigung der gemessenen Entfernung und des bekannten Abbildungsmaßstabs der Zieloptik die Größe des Meßobjekts zu berechnen.

Die Bestimmung der Bildgröße des Meßobjekts in dem von der Zieloptik aufgenommenen Bild erfolgt vorzugsweise, indem eine Referenzmarkierung in das Bild eingeblendet wird, wobei die Referenzmarkierung so angepaßt wird, daß die Größe der Referenzmarkierung der Bildgröße des Meßobjekts entspricht.

Die Referenzmarkierung kann beispielsweise durch ein physisches Referenzelement erzeugt werden, das in dem Aufnahmebereich der Zieloptik zwischen der Zieloptik und dem Meßobjekt angeordnet ist, so daß in dem von der Zieloptik aufgenommenen Bild zusätzlich zu dem Bild des Meßobjekts auch das Bild des Referenzelements erscheint. Aus der Größe des Referenzelements, dem Abbildungsmaßstab der Zieloptik und der Position des Referenzelements relativ zu der Zieloptik läßt sich dann die Bildgröße des Meßobjekts berechnen, wenn man dafür sorgt, daß das Bild des Referenzelements die gleiche Größe aufweist wie das Bild des Meßobjekts.

Hierzu kann das Referenzelement beispielsweise in dem Aufnahmebereich entlang der optischen Achse der Zieloptik verschoben werden, bis das Bild des Referenzelements genauso groß ist wie das Bild des Meßobjekts.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, daß die Größe des Referenzelements verändert wird, bis das Referenzelement und das Meßobjekt gleich große Bilder erzeugen. So kann als Referenzelement beispielsweise eine Schlitzblende verwendet werden, wobei die Schlitzbreite so eingestellt wird, daß das Bild des Schlitzes möglichst genau die gleiche Größe aufweist wie das Bild des Meßobjekts. Die Einstellung der Schlitzblende kann manuell durch den Benutzer oder durch einen Elektromotor oder ein sonstiges Stellglied erfolgen.

In einer anderen Variante der Erfindung wird die Referenzmarkierung jedoch elektronisch erzeugt, indem beispielsweise zwei Zeiger in das von der Zieloptik aufgenommene Bild eingeblendet werden. Die beiden Zeiger können dann von dem Benutzer mittels geeigneter Bedienelemente in dem von der Zieloptik aufgenommenen Bild an den Grenzen des von dem Meßobjekt erzeugten Bildes positioniert werden. Der Abstand der beiden Zeiger in dem Koordinatensystem des von der Zieloptik aufgenommenen Bildes entspricht dann der Bildgröße des Meßobjekts und ermöglicht zusammen mit dem bekannten Abbildungsmaßstab der Zieloptik und der gemessenen Entfernung zu dem Meßobjekt die Berechnung der lateralen Ausdehnung des Meßobjekts.

Darüber hinaus kann die Bildgröße des Meßobjekts auch durch eine Bildverarbeitungseinheit erfolgen, indem die Konturen des Meßobjekts in dem von der Zieloptik aufgenommenen Bild ermittelt werden.

In einer anderen Variante der Erfindung kann die Größe des Meßobjekts dagegen auch ohne eine Zieloptik ermittelt werden, indem die virtuelle laterale Ausdehnung des Meßobjekts bestimmt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Schlitzblende mit einer einstellbaren Schlitzbreite verwendet werden, die in einem vorgegebenen Abstand zu dem Betrachter in dessen Sichtfeld angeordnet ist. Der Betrachter sieht das Meßobjekt dann durch die Schlitzblende, wobei die Schlitzbreite so eingestellt wird, daß die Schlitzbreite gleich der virtuellen lateralen Ausdehnung des Meßobjekts ist. Dies bedeutet, daß die Schlitzblende das von dem Betrachter wahrgenommene Bild des Meßobjekts begrenzt. Aus dem als bekannt vorausgesetzten Abstand zwischen dem Betrachter und der Schlitzblende, der gemessenen Schlitzbreite und der gemessenen Entfernung zu dem Meßobjekt kann dann die Größe des Meßobjekts berechnet werden.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung als Blockschaltbild,

Fig. 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung, bei dem die Größe des Meßobjekts automatisch ermittelt wird,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit einer Schlitzblende zur Messung der Größe des Meßobjekts,

Fig. 4 das erfindungsgemäße Verfahren als Flußdiagramm sowie

Fig. 5 eine schematische strahlenoptische Darstellung zur Berechnung der Größe des Meßobjekts.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Meßeinrichtung ermöglicht zunächst in herkömmlicher Weise die Messung der Entfernung eines Meßobjekts. Hierzu weist die Meßeinrichtung eine Steuereinheit 10 auf, die einen Laser 12 zur Abgabe eines modulierten Laserstrahls antriggert. Die Meßeinrichtung mit dem Laser 12 wird hierbei so gehalten, daß der Laserstrahl auf das Meßobjekt auftrifft und von diesem reflektiert wird. Ein optischer Sensor 14 erfaßt dann den reflektierten Laserstrahl und gibt dabei ein Triggersignal an die Steuereinheit 10, die aus der Zeitspanne zwischen der Abgabe des Laserstrahls durch den Laser 12 und dem Empfang des reflektierten Laserstrahls durch den Sensor 14 die Laufzeit des Laserstrahls berechnet. Anschließend berechnet die Steuereinheit 10 aus der Laufzeit und der bekannten Lichtgeschwindigkeit die Entfernung d zu dem Meßobjekt.

Zur Anzeige der gemessenen Entfernung ist die Steuereinheit 10 ausgangsseitig mit einem Grafiktreiber 16 verbunden, der einen in die Meßeinrichtung integrierten Bildschirm 18 ansteuert. Auf dem Bildschirm 18 wird also laufend der aktuelle Abstand d zu dem Meßobjekt angezeigt.

Weiterhin weist die Meßeinrichtung eine Kamera 20 auf, die ein Bildsignal an den Grafiktreiber 16 liefert, so daß auf dem Bildschirm 18 das von der Kamera 20 aufgenommene Bild dargestellt wird.

Die Kamera 20 ist hierbei so in der Meßeinrichtung montiert, daß die optischen Achsen der Kamera 20 und des Lasers 12parallel zueinander verlaufen, so daß der Benutzer den Laser 12 anhand des von der Kamera 20 aufgenommenen und auf dem Bildschirm 18 dargestellten Bilds leicht auf das Meßobjekt ausrichten kann. Hierbei wird der Benutzer durch ein Fadenkreuz unterstützt, das der Grafiktreiber 16 in das Bild einblendet.

Weiterhin weist die Meßeinrichtung zwei mit dem Grafiktreiber 16 verbundene Joysticks 22.1, 22.2 auf, mit denen der Benutzer zwei Bildschirmzeiger auf dem Bildschirm 18 bewegen kann. Zur Messung der Größe des Meßobjekts bewegt der Benutzer die beiden Bildschirmzeiger dann innerhalb des auf dem Bildschirm 18 dargestellten Bilds an die gegenüberliegenden Grenzen des Meßobjekts und bestätigt die korrekte Positionierung der Bildschirmzeiger.

Die zugehörigen Bildschirmkoordinaten x1, y1 bzw. x2, y2 werden dann an eine Recheneinheit 24 geliefert, die daraus den Abstand der beiden Bildschirmzeiger berechnet, wobei dieser Abstand der Bildgröße B des Meßobjekts entspricht.

Die auf diese Weise ermittelte Bildgröße B des Meßobjekts wird dann an eine weitere Recheneinheit 26 geliefert, die aus der gemessenen Entfernung d zu dem Meßobjekt, der Bildgröße B des Meßobjekts auf dem Bildschirm 18 und den bekannten Abbildungseigenschaften der Kamera 20 die tatsächliche Größe G des Meßobjekts berechnet.

Ausgangsseitig ist die Recheneinheit 26 mit dem Grafiktreiber 16 verbunden, der die Größe G des Meßobjekts auf dem Bildschirm 18 als Zahlenwert ausgibt.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so daß im folgenden für entsprechende Bauelemente dieselben Bezugszeichen verwendet werden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.

Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die Bildgröße B des Meßobjekts auf dem Bildschirm 18 automatisch berechnet wird, ohne daß der Benutzer eingreifen muß. Hierzu weist die Meßeinrichtung eine Bildverarbeitungseinheit 28 auf, die eingangsseitig mit der Kamera 20 verbunden ist und das von der Kamera 20 erzeugte Bildsignal analysiert, um die Konturen des Meßobjekts in dem Bild zu ermitteln. Die Bildverarbeitungseinheit bestimmt dann in Bildschirmkoordinaten die größte laterale Ausdehnung des Meßobjekts in dem Bild und gibt diesen Wert als Bildgröße B an die Recheneinheit 26.

Die Recheneinheit 26 berechnet dann in der vorstehend beschriebenen Weise die Größe G des Meßobjekts.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung stimmt ebenfalls weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so daß im folgenden für entsprechende Bauelemente dieselben Bezugszeichen verwendet werden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß zum Anvisieren des Meßobjekts eine herkömmliche Zieloptik 30 anstelle der Kamera 20 vorgesehen ist. Die Zieloptik 30 ist jedoch ebenfalls so in der Meßeinrichtung montiert, daß die optischen Achsen der Zieloptik 30 und des Lasers 12 parallel zueinander verlaufen.

In die Zieloptik 30 ist hierbei eine Schlitzblende 32 mit einer einstellbaren Schlitzbreite SB integriert, wobei die Schlitzbreite SB von dem Benutzer so eingestellt wird, daß das Meßobjekt in dem Bild gerade nicht verdeckt wird. Die Schlitzbreite SB wird dann einer Recheneinheit 34 zugeführt, die daraus die Bildgröße B des Meßobjekts berechnet.

Ausgangsseitig ist die Recheneinheit 34 mit der Recheneinheit 26 verbunden, die in der vorstehend beschriebenen Weise die Größe des Meßobjekts berechnet.

Die Meßeinrichtung weist in diesem Ausführungsbeispiel zwar ebenfalls einen Grafiktreiber 16' und einen Bildschirm 18' auf, jedoch dient der Bildschirm 18' hierbei nur zur Anzeige der gemessenen Entfernung d und der Größe G des Meßobjekts.

Das in Fig. 4 dargestellte Flußdiagramm verdeutlicht den Ablauf des erfindungsgemäßen Meßverfahrens, wobei auf die vereinfachte strahlenoptische Darstellung in Fig. 5 Bezug genommen wird.

Zu Beginn des Meßverfahrens wird zunächst in herkömmlicher Weise die Entfernung d zu dem Meßobjekt gemessen, wie bereits vorstehend detailliert erläutert wurde.

In einem weiteren Schritt wird dann die Bildgröße B des Meßobjekts ermittelt, wobei die Bildgröße B angibt, in welcher Größe das Meßobjekt auf dem Bildschirm 18 bzw. in der Zieloptik 30 erscheint.

Anschließend wird dann aus der Bildgröße B, der Entfernung d zu dem Meßobjekt und der bekannten effektiven Brennweite f der Kamera 20 bzw. der Zieloptik 30 entsprechend der strahlenoptischen Formel

die Größe G des Meßobjekts berechnet.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Bezugszeichen 10 Steuereinheit
12 Laser
14 Sensor
16, 16' Grafiktreiber
18, 18' Bildschirm
20 Kamera
22.1, 22.2 Joysticks
24 Recheneinheit
26 Recheneinheit
28 Bildverarbeitungseinheit
30 Zieloptik
32 Schlitzblende
34 Recheneinheit
d Entfernung zum Meßobjekt
f Brennweite
F Brennpunkt
G Größe des Meßobjekts
B Bildgröße des Meßobjekts
SB Schlitzbreite

Claims

1. Meßverfahren, insbesondere für einen Laserentfernungsmesser, mit den folgenden Schritten:

- Messung der Entfernung (d) zu einem Meßobjekt,

- Bestimmung einer virtuellen lateralen Ausdehnung des Meßobjekts,

- Berechnung der Objektgröße (G) des Meßobjekts in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung (d) und der ermittelten virtuellen lateralen Ausdehnung des Meßobjekts.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem vorgegebenen Abbildungsmaßstab ein Bild des Meßobjekts aufgenommen und zur Bestimmung der virtuellen lateralen Ausdehnung des Meßobjekts die Bildgröße (B) des Meßobjekts in dem Bild ermittelt wird, wobei die Objektgröße des Meßobjekts (G) in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung (d), dem vorgegebenen Abbildungsmaßstab und der Bildgröße (B) des Meßobjekts berechnet wird.

3. Meßverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Bildgröße (B) des Meßobjekts in dem Bild eine Referenzmarkierung in das Bild eingeblendet wird, wobei die Größe der Referenzmarkierung in dem Bild an die Bildgröße (B) des Meßobjekts angepaßt und anschließend gemessen wird.

4. Meßverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarkierung ein Bild eines Referenzelements ist, wobei das Referenzelement eine bekannte Größe aufweist und in einer bekannten Entfernung angeordnet ist.

5. Meßverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzelement so positioniert wird, daß die Größe der Referenzmarkierung in dem Bild der Bildgröße (B) des Meßobjekts in dem Bild entspricht.

6. Meßverfahren nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Referenzelements so verändert wird, daß die Größe der Referenzmarkierung in dem Bild der Bildgröße (B) des Meßobjekts in dem Bild entspricht.

7. Meßverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzelement eine Schlitzblende (32) mit einer vorgegebenen Schlitzbreite (SB) ist, wobei die Schlitzbreite (SB) so eingestellt wird, daß die Bildgröße (B) des Meßobjekts genauso groß ist wie die Bildgröße der Schlitzbreite.

8. Meßverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarkierung elektronisch in das Bild eingeblendet und an die Bildgröße (B) des Meßobjekts angepaßt wird.

9. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der virtuellen lateralen Ausdehnung des Meßobjekts eine Schlitzblende mit einer einstellbaren Schlitzbreite zwischen einem Betrachter und dem Meßobjekt angeordnet wird, wobei die Schlitzbreite so eingestellt wird, daß die Schlitzbreite der virtuellen lateralen Ausdehnung des Meßobjekts entspricht.

10. Meßeinrichtung, insbesondere in einem handgehaltenen Meßgerät, mit einer Entfernungsmeßeinheit (10, 12, 14) zur Messung der Entfernung (d) zu einem Meßobjekt und einer Recheneinheit (10, 26) zur Berechnung der tatsächlichen Objektgröße (G) des Meßobjekts, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung einer lateralen virtuellen Ausdehnung des Meßobjekts eine Auswertungseinheit (24, 28, 34) vorgesehen ist, wobei die tatsächliche Objektgröße (G) des Meßobjekts in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung (d) und der ermittelten lateralen virtuellen Ausdehnung (B) des Meßobjekts berechenbar ist.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme eines Bilds von dem Meßobjekt eine Optik (20, 30) mit einem vorgegebenen Abbildungsmaßstab vorgesehen ist, wobei die Bildgröße des Meßobjekts als virtuelle laterale Ausdehnung des Meßobjekts in dem Bild von der Auswertungseinheit (24, 28, 34) bestimmbar ist.

12. Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnahmebereich der Optik (30) ein Referenzelement (32) mit einer vorgegebenen Größe angeordnet ist, so daß in dem Bild des Meßobjekts ein Bild des Referenzelements mit einer vorgegebenen Bildgröße erscheint, wobei die Bildgröße des Referenzelements der Bildgröße (B) des Meßobjekts entspricht.

13. Meßeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzelement relativ zu der Optik beweglich angeordnet ist, um die Bildgröße des Referenzelements an die Bildgröße (B) des Meßobjekts anzupassen.

14. Meßeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzelement eine Schlitzblende (32) mit einer einstellbaren Schlitzbreite ist.

15. Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bild des Meßobjekts eine Referenzmarkierung eingeblendet ist.

16. Meßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der virtuellen lateralen Ausdehnung des Meßobjekts eine Schlitzblende mit einer einstellbaren Schlitzbreite vorgesehen ist.