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Die
Erfindung betrifft einen Kalibrationskörper, ein Herstellungsverfahren
für einen
solchen und ein mit einem solchen Kalibrationskörper zusammenwirkendes Kalibrationsverfahren
nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 9 und 11.
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Für viele
Aufgaben der Bildverarbeitung ist es notwendig, die räumliche
Struktur oder die Lage von Objekten zu erfassen. Hierzu ist es jedoch
notwendig möglichst
genau die Lage und Ausrichtung die Kamera im Raum zu kennen. Dies
ist umso wichtiger, als es in den meisten Fällen notwendig ist, Bildaufnahmen
des Objekts aus unterschiedlichsten Positionen zu gewinnen, sei
es mittels eines Kamerasystems bestehend aus mehreren Einzelkameras oder
durch Bildaufnahme mittels einer einzelnen Kamera sequentiell aus
unterschiedlichen Raumrichtungen. Es ist also notwendig das jeweilige
Kamerasystem so zu kalibrieren, dass die den einzelnen Bildaufnahmen
zuzuordnenden Kamerakoordinaten in Bezug zueinander und in Bezug
auf das zu erfassende Objekt ermittelt werden können.
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Viele
bekannte Kalibrationsverfahren nutzen Kalibrationskörper in
Form punktförmigen
Kalibrationsmarken. Beispielhaft hierfür seinen die Retromarken der
Firma Aicon 3D Systems (www.aicon.de) genannt, mittels welchen das
zu erfassende Objekt an vorbestimmten Rasterpunkten versehen wird.
Die kreisförmigen
Retromarken weisen in deren Mittelpunkt ein kreis förmiges Element
auf, wobei der Umfang der Retromarken teilweise durch Kreisbogensegmente
markiert wird. Diese Kreisbogensegmente die Anzahl, Größe und Anordnung
der Kreisbogensegmente ist hierbei für jede einzelne Retromarke
eigentümlich
(sogenannte Ringcodes). So lässt
sich jede einzelne Retromarke in den Kamerabildern eindeutig identifizieren
und vermessen. Aufgrund der Vermessung können mittels des kreisförmigen Elements
im Mittelpunkt der Retromarken deren Positionen bestimmt werden
und anhand der vorbekannten Anordnung der Kreisbogensegmente (Ringcodes) auch
deren Ausrichtung in Bezug auf die jeweiligen Kamerakoordinatensysteme
(J. Hesselbach, A. Oetzmann, Moderne 3D-Messverfahren für den Busbau,
VDI-Z Mitgliederausgabe der VDI-Gesellschaft Produktionstechnik,
Heft 9/10, 2002, Springer VDI Verlag).
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Andere
Kalibierverfahren kommen ohne die Vermessung eines speziellen Kalibrationskörpers aus,
indem sie als Reflektionsobjekt ein regelmäßiges Muster (beispielsweise
ein Schachbrettmuster oder ein Punktraster) verwenden (J. Bouguet,
Camera calibration toolbox for Matlab, www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib
doc/, oder Intel, Open CV Library, www.intel.com/research/mrl/reseach/opencv/overview.htm).
Bei diesen Verfahren werden von dem mit dem regelmäßigen Rastermuster
versehener Kalibrationskörper
mehrere Bildaufnahmen erzeugt, wobei der Kalibrationskörper in
Bezug auf die eine bestimmte Bildaufnahmeposition in der Abfolge der
einzelnen Bildaufnahmen in seiner Ausrichtung verändert wird.
Mehrere Aufnahmen aus den selben Kamerapositionen bei unterschiedlicher
Ausrichtung des Kalibierköpers
sind insbesondere wegen der notwendigen numerischen Stabilität der Lageschätzung bezüglich der
dieser zugrundeliegenden Gleichungssysteme notwendig. Die so erzeugten
Bilddaten können
aber nur dann miteinander korreliert werden, wenn in allen Bildern
der Kali bierkörper
komplett sichtbar ist. Die Korrelation liefert sodann eine eindeutige
Zuordnung der Bildpunkte zueinander und im Umkehrschluss eine eindeutige
Bestimmung der Kamerakoordinatensysteme zueinander und in Bezug auf
das zu erfassendende Objekt. Um die Anzahl der notwendigen Neuorientierung
des Kalibrationskörpers
zu verringern, wird auch vorgeschlagen, anstelle einer mit dem regelmäßigen Rastermuster
versehenen Platte als Kalibrationsobjekt einen Würfel zu verwenden, dessen Seitenflächen mit
dem regelmäßigen Muster
versehen sind. Auf diese Weise wird es möglich, unter günstigen
Bedingungen innerhalb mittels einer einzelnen Bildaufnahme drei
unterschiedliche Ausrichtungen des regelmäßigen Kalibrationsmusters zu
erfassen (J. Heikkilä,
Geometric camera calibration using circular control points, IEEE
Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.
22, No. 10, pp. 1066-1077,
Okt. 2000 oder www.ee.oulu.fi/~jth/calibr/). Insbesondere bei der
Kalibration von Mehrkamerasystemen in komplexen Szenarien ist es
oft nicht möglich
den Kalibrationskörper
so zu positionieren, dass er aus allen Kamerablickwinkeln als Ganzes
gesehen wird. Dies wird insbesondere hierdurch erschwert, dass das
gesamte Kalibrationsmuster auch noch bei mehreren unterschiedlichen
Ausrichtungen aus allen Kamerapositionen einsehbar sein muss.
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Um
bereits auf Grund einer einzelnen Bildaufnahme je Kameraposition
und -ausrichtung auf die Kamerakoordinaten schließen zu können, ist
es auch bekannt, ein regelmäßiges Muster
in Form eines Rasters so zu modifizieren, dass ein oder auch mehrere
Rasterpunkte so ausgestaltet werden, dass sie sich von den anderen
Rasterpunkten unterscheiden. Da die Lage dieser gesondert ausgestalteten Punkte
in Bezug auf die anderen Rasterpunkte bekannt ist, kann bereits
aus einer einzelnen Aufnahme auf die Ausrichtung des Rasters in
Bezug auf die Kamerablickrichtung und somit auf Kamerakoordinaten in
Bezug auf den Kalibrationskörper
geschlossen werden. Ein dementsprechender Kalibrationskörper wird
beispielweise durch Wilburn (B. Wilburn, Automatic feature point
extraction for light field camera calibration – Projekt report, www.velox.stanford.edu/~wilburn/calibration/report.html)
beschrieben. Hierbei wird das einzelne Raster aus auf weißem Hintergrund aufgebrachten schwarzen Rechtecken
gebildet. In zwei dieser Rechtecke wird in deren Zentrum ein weiteres
weißes
Rechteck eingebracht. Aus der Kenntnis der Position dieser gesondert
gekennzeichneten Rasterpunkte (Rechtecke) kann aus den Bilddaten
auf die Ausrichtung des Kalibrationsmusters bezüglich der Kamerablickrichtung
geschlossen werden. Durch die Aufbringung zweier solcher Kalibrationsmuster
auf die Innenseiten eines aus rechtwinklig zusammengefügten Metallflächen bestehenden
Objekts kann das Kalibrationsverfahren weiter verbessert werden,
da gleichzeitig und redundant die Kameraausrichtung anhand zweier
Kalibrationsmuster ausgewertet werden kann. Alternative Rastermuster,
bei welchen zur Erkennung der Ausrichtung bestimmte Rasterpunkte
gesondert hervorgehoben ausgestaltet werden sind auch von Manning
(www.cs.wisc.edu/~manning/hompage/research/motion. calibration.html)
beschrieben. Hierbei wird das Raster durch schwarze, kreisrunde
Punkte auf einem weißen
Hintergrund gebildet, wobei einzelne der Rasterpunkte mit größerem Durchmesser ausgeführt werden.
Dabei wird die Position des Zentrums der vergrößert ausgeführten Rasterpunkte durch weiße Kreisflächen gekennzeichnet.
Alternativ werden bei einer im Handel erhältlichen sogenannten Kalibrationsfolie,
welche ebenso ein Rastermuster aufweist einzelne der schwarzen,
kreisrunden Rasterpunkte zur Hervorhebung mit einem Ringcode umlagert
bespielsweise: ,Large Plotted Callibration Sheet', www.photomodeler.com/order03.html).
Um alle derartige Kalibrationsmuster, welche auf der Hervorhebung
einzelner Rasterpunkte basieren, nutzen zu können, muss jedoch sicherge stellt
werden, dass zumindest der Teil des Kalibrationsmusters im Kamerabild
sichtbar sein muss, innerhalb welchem sich die gesondert ausgestalteten
Rasterpunkte befinden. Insbesondere bei der Kalibration von Mehrkamerasystemen
in komplexen Szenarien kann der Kalibrationskörper oft nur mit erheblichen
Aufwand so positioniert werden, dass eine Verdeckung der wesentlichen
Bereiche des Kalibrationsmusters bei der Bildaufnahme sicher vermieden
werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Kalibrationskörper, ein Herstellungsverfahren
für einen
solchen und ein mit einem solchen Kalibrationskörper zusammenwirkendes Kalibrationsverfahren
für ein Kamerasystem
zu finden, welche bei geringen Verarbeitungsaufwand eine hochgenau
Vermessung liefert und welche geringe Anforderungen an die Positionierung
und Einsehbarkeit des Kalibrationsmusters bei der Bildaufnahme stellt.
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Die
Aufgabe wird durch einen Kalibrationskörper, ein Herstellungsverfahren
für einen
solchen und ein mit einem solchen Kalibrationskörper zusammenwirkenden Kalibrationsverfahren
für ein
Kamerasystem mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2, 9 und 11 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der
neuartige Kalibrationskörper
zur Kalibration von Bildverarbeitungssystemen, ist mit einem regelmäßigen, zweidimensionalen
Muster versehen. Dabei wird die Regelmäßigkeit des Musters durch die Schnittpunkte
(Rasterpunkte) der Linien eines Rasters definiert, wie sie sich
bei einem System sich schneidender Scharen paralleler Linien ausbilden. Mehrere
dieser Rasterpunkte sind mit identischen ersten zweidimensionalen
geometrischen Objekten versehen, welche bezüglich ihrer je weiligen geometrischen
Schwerpunkte zentriert bezüglich
des jeweilig zugeordneten Rasterpunktes ausgerichtet werden. Zusätzlich ist
innerhalb wenigstens eines dieser ersten geometrischen Objekte zumindest
ein weiteres zweites zweidimensionales geometrisches Objekt angeordnet.
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Bei
einer gewinnbringenden Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe
wird in besonders vorteilhafter Weise dieses wenigstens eine zweite
geometrische Objekt so angeordnet, dass sein geometrischer Schwerpunkt
nicht mit dem geometrischen Schwerpunkt des ihm zugeordneten ersten
geometrischen Objekts zusammenfällt.
Die zweiten geometrischen Objekte sind also azentrisch zu den ihnen
zugeordneten ersten geometrischen Objekte angeordnet. In besonders
vorteilhafter Weise, kann hierdurch in Kenntnis der relativen Lageunterschiede
zwischen dem ersten geometrischen Objekt und dem zweiten geometrischen
Objekt (Offset zwischen den beiden geometrischen Schwerpunkten)
auch bei einfachen ersten geometrischen Objekten, welche aus mehreren
Kamerablickrichtungen die selbe Ansicht aufweisen (beispielsweise
Kreise, Quadrate oder Rechtecke) deren Ausrichtung in Bezug auf
dien Kamerablickrichtung eindeutig bestimmt werden. Für den Fall,
dass einem ersten geometrischen Objekt mehrere zweite geometrische
Objekte zugeordnet werden, ist es denkbar in vorteilhafter Weise
den gemeinsamen Schwerpunkt der zweiten geometrischen Objekte azentrisch
vom geometrischen Schwerpunkt des ihnen zugeordneten ersten geometrischen
Objekts zu wählen.
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Eine
alternative vorteilhafte Lösung
der Aufgabe besteht darin, dass das innerhalb des ersten geometrischen
Objekts angeordnete zweite geometrische Objekt so ausgestaltet ist,
dass es Richtungsinformation tragen kann. Hierzu sind insbesondere Ausgestaltungen
des zweiten geometrischen Objektes in Form eines Pfeils oder eines
gleichschenkligen Dreiecks geeignet.
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Gleichwohl
ist es auch denkbar einem einzelnen ersten geometrischen Objekt
mehrere zweite geometrische Objekte zuzuordnen. Hierbei können einzelne
dieser zweiten geometrischen Objekte selber Richtungsinformation
tragen, oder aber die Richtungsinformation wird durch die Art und
Weise der Anordnung der zweiten geometrischen Objekte diesen aufgeprägt; beispielsweise
eine pfeilförmige
Anordnung mehrer Kreise, oder eine pfeilartige Struktur bestehend
aus einem schmalen Rechteck und einem Kreiselement ,an seiner Spitze'. Wird im Rahmen
des Kalibrationsverfahrens die zweiten geometrischen Objekte detektiert,
kann auf Grund des Wissens um deren Ausrichtung in Bezug auf das
erste geometrische Objekt und damit in Bezug auf das regelmäßige zweidimensionale
Muster die Lage und Orientierung des Kalibrationskörpers in
Bezug auf die Kamerablickrichtung bestimmt werden.
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Nachfolgend
soll anhand von Ausführungsbeispielen
und mit Hilfe von Figuren die Erfindung im Detail erläutert werden.
Zur Vereinfachung der Darstellung und zum besseren Verständnis der
Erfindung wurde hierbei einem ersten geometrischen Objekt jeweils
nur ein einziges zweites geometrisches Objekt zugeordnet. Zudem
wurde von dem einfachen Fall, dass sich die Scharen von parallelen
Linien senkrecht Schneiden ausgegangen.
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Die
jeweilig beschriebenen Prinzipien und Vorgehensweisen lassen sich
selbstverständlich
jedoch gleichsam auch auf Fälle übertragen,
bei welchen einem ersten geometrischen Objekt auch mehrere zweite
geometrische Objekte zugeordnet werden, oder bei welchen sich die
Scharen paralleler Linien sich nicht unter einem rechten Winkel
schneiden
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1 zeigt ein erstes geometrische
Objekt innerhalb dessen azentrisch ein zweites geometrisches Objekt
angeordnet ist.
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2 zeigt ein Muster bestehend
aus Paaren von ersten und zweiten geometrischen Objekten.
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3 zeigt exemplarisch wie
sich ein Paar von Objekten aus dem in 2 beschriebenen
Muster bei unterschiedlichsten Kamerablickrichtungen in den Bilddaten
abzeichnet.
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4 zeigt entsprechen exemplarisch
die aus unterschiedlichen Kamerablickrichtungen resultierenden Bilddaten
bei Objekten mit Richtungsinformation tragenden zweiten geometrischen
Objekten.
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5 ist das Abbild eines besonders
vorteilhaften Musters.
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6 skizziert den möglichen
Intensitätsverlauf
der Bildpunkte entlang von Schnittlinien durch den Schwerpunkt des
ersten geometrischen Objekts.
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7 zeigt Beispiele für Kalibrationskörper mit
Codierung.
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In
gewinnbringender Weise weisen die ersten geometrischen Objekte innerhalb
des regelmäßigen Musters
des Kalibrationskörpers
Kreis- oder Rechteckform auf. Auf diese Weise können die Objekte innerhalb
der Bilddaten mittels relativ einfacher Klassifikationsalgorithmen
erkannt und lokalisiert werden. So können beispielsweise Kreisformen
einfach und robust mittels der Hough-Transformation erkannt werden.
Auch kommen diese reinen Kreis- und Rechteckformen im allgemeinen
in einer na türlichen Umgebung
relativ selten vor, so dass die eindeutige Erkennung dieser Objekte
recht robust realisiert werden kann.
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Insbesondere
bei der Verwendung der Rechteckform für die ersten geometrischen
Objekte ist es besonders vorteilhaft, wenn die Größe dieser Objekte
so gewählt
wird, dass sie sich gegenseitig berühren. Auf diese Weise bildet
sich eine Gitterstruktur aus, welche in den Bilddaten relativ leicht
erkannt und deren Lage und Ausrichtung auch aus unterschiedlichsten
Kamerablickrichtungen gut und robust geschätzt werden kann. Besonders
vorteilhaft ist in diesem Falle desweiteren, wenn die aneinander angrenzenden
ersten geometrischen Objekte in ihrer Farbe so gewählt werden,
dass sich ein möglichst großer Kontrastübergang
beim Wechsel von einem Objekt auf das andere ausbildet. Das aus
einer solchen Einfärbung
resultierende Muster wird im allgemeinen als Schachbrettmuster bezeichnet;
wobei jedes der Felder dieses ,Schachbrettes' einem ersten geometrischen Objekt entspricht,
welchem azentrisch wenigstens ein weiteres zweites geometrisches Objekt
zuzuordnen ist.
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Auch
bei der Wahl der Form der den ersten geometrischen Objekten azentrisch
zuzuordnenden zweiten geometrischen Objekten sollte eine möglichst
eindeutige einfache Form, insbesondere eine Kreisform, gewählt werden.
Der Grund hierfür
ist die bereits in Bezug auf die ersten geometrischen Objekte beschriebene
Robustheit und Einfachheit der zur Detektion notwendigen Detektionsalgorithmen.
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In 1 ist eine solch vorteilhafte
Kombination aus einem rechteckigen ersten geometrischen Objekt 11 und
einem hierzu azentrisch angeordneten zweiten geometrischen Objekt 13 aufgezeigt.
Die beiden geometrischen Schwerpunkte 12 und 14 der beiden
Objekte 11 und 13 finden sich in getrennten Positionen.
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2 zeigt beispielhaft ein
regelmäßiges Muster 20,
welches durch eine Rasteranordnung von neun der in 1 beschriebenen Paare aus erstem und
zweiten geometrischen Objekten gebildet wurde.
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Exemplarisch
seien die Bilddaten eines einzelnen dieser Objektpaare aus unterschiedlichen
Kamerablickwinkeln (21, 22, 23, 24)
in den 3a)-d) abgebildet
(zur Vereinfachung der Darstellung und des Verständnisses, wurde von einer korrekten
verzerrten Darstellung der Abbildung des Objektpaares auf Grund
der Kameraneigung abgesehen). Aus diesen Abbildungen wird deutlich,
dass ohne das azentrisch angeordnete zweite geometrische Objekt
eine Unterscheidung zwischen 3a und 3c (entspricht Blickrichtung 21 bzw. 23)
oder zwischen 3b) und 3d) (entspricht Blickrichtung 22 und 24)
nicht möglich wäre. Für den Fall,
dass beispielsweise das erste geometrische Objekt durch ein Quadrat
gebildet wird, wäre
ohne das azentrisch angeordnete zweite geometrische Objekt gar keine
der Abbildungen aus einer der 4 Blickrichtungen voneinander zu unterscheiden.
Andererseits wird durch die Abbildungen der 3 deutlich, dass die azentrische Anordnung
des zweiten geometrischen Objekts innerhalb des ersten geometrischen
Objekts zu einer eindeutigen Zuordenbarkeit zu den 4 unterschiedlichen
Blickrichtungen 21–24 führt.
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Entsprechend
der Darstellung in 3 zeigt die
Darstellung in 4 exemplarisch
die Bilddaten eines einzelnen Objektpaares aus unterschiedlichen Kamerablickwinkeln
(21, 22, 23, 24). Hierbei wurde das
Objektpaar entsprechend der alternativen zweiten Lösung der
erfindungsgemäßen Aufgabe
gestaltet. So wurde hierbei das zweite geometrische Objekt so ausgestal tet,
dass es Richtungsinformation trägt. Hierbei
handelt es sich um ein gleichschenkliges Dreieck, welches durch
seine kurze Grundseite eine pfeilartige Struktur aufweist. Aus den 4a)-d) wird deutlich, dass
sich auf Grund der in dem zweiten geometrischen Objekt beinhalteten
Richtungsinformation eine eindeutige Zuordnung der Objektpaaren
zu den Kamerablickrichtungen treffen lässt.
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In 5 ist ein besonders vorteilhaftes
regelmäßiges Muster
für einen
erfindungsgemäßen Kalibrationskörper abgebildet.
Hierbei werden die ersten geometrischen Objekte durch Quadrate gebildet, welche
in ihrer Größe so gewählt wurden,
dass sie gegenseitig aneinander angrenzen. Die aneinandergrenzenden
ersten geometrischen Objekte wurden wechselweise weiß und schwarz
eingefärbt,
um einen möglichst
hohen Farbkontrast in den Bilddaten beim Übergang von einem auf das nächste Objekt
zu erzielen. Die Basis des so generierten Kalibrationsmusters entspricht
somit einem sogenannten Schachbrettmuster. Zur Erkennung der Lage
und der Ausrichtung eines solchen Schachbrettmusters sind aus der
in der Bildverarbeitung bekannten Stand der Technik eine Vielzahl
von Algorithmen bekannt. So eignet sich insbesondere das Template-Matching zur Erkennung
der Ecken der ersten geometrischen Objekte und somit zur Erkennung
der Übergänge zwischen
den einzelnen Objekten. Anhand der Erkennung der Ecken der ersten
geometrischen Objekte, insbesondere wenn es sich hierbei wie dem
dargestellten Beispiel um Quadrate handelt, kann deren Ausrichtung
in Bezug auf unterschiedlichste Kamerablickrichtung relativ einfach
und eindeutig festgestellt werden. Für die azentrisch in den einzelnen
ersten geometrisch Objekten angeordneten zweiten geometrischen Objekte
wurde in dem dargestellten Beispiel die Kreisform gewählt. In
besonders vorteilhafter weise wurden diese Kreise mittels eines
Farbverlaufes (Graustufenverlauf) eingefärbt. Der Farbverlauf wurde dabei
so gestaltet, dass die Färbung
des zweiten geometrischen Objekts ausgehend von der Färbung des
ersten geometrischen Objektes in Richtung weiß bzw. schwarz erfolgt. Auf
diese Weise findet innerhalb der Bilddaten der Wechsel von dem ersten
und dem zweiten geometrischen Element ohne Kontrast statt. Dies
hat den besonderen Vorteil, dass ein Kantendetektor, welcher zu
Erkennung der Übergänge zwischen
den einzelnen ersten geometrischen Objekten verwendet wird, nicht
irrtümlich Übergänge zwischen
den ersten und den zweiten geometrischen Objekten identifiziert.
Dies dient wiederum der Robustheit der Kantendetektion und ermöglicht im
gleichen Zuge die Verwendung einfacher Algorithmen, welche schnell
und effizient zu arbeiten in der Lage sind.
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Anhand
von 6 sei die eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung des erfinderischen Kalibrationsverfahrens erläutert, mittels
welchem einfach und schnell die Lage von zweiten geometrischen Objekten,
wie sie beispielsweise in dem in 5 aufgezeigten
Kalibrationsmuster verwendet werden, ermittelt werden kann. Hierzu
ist es notwendig, zum einen den geometrischen Schwerpunkt des ersten
geometrischen Objekts als auch infolge den geometrischen Schwerpunkt
des zweiten geometrischen Objekts zu ermitteln, um deren relative
Lage zueinander zu ermitteln und somit die Ausrichtung des Kalibrationsmusters
in Bezug auf die Kamerablickrichtung eindeutig zu ermitteln. Zur
Bestimmung des geometrischen Schwerpunkts 53 des ersten
geometrischen Objekts werden zu aller erst, insbesondere mittels
einer Eckendetektion, dessen Umrisse 51 ermittelt. Anschließend werden
durch die Mittelpunkte der jeweiligen Seitenkanten des Objekts Schnittlinien
A-A' und B-B' definiert. Der Schnittpunkt
dieser Schnittlinien definiert sodann den geometrischen Schwerpunkt 53 des
Objekts. Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorteil, dass es die
Tatsache ausnutzt, dass die Mittelpunkte der Seitenkanten rela tiv
invariant gegenüber
perspektivischen Verzerrung deren Abbildung sind, während eine
Schätzung
der Position des geometrischen Schwerpunktes aus einer ein Objekt
verzerrenden Perspektive nur schwer möglich ist.
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Ist
nun der Verlauf der beiden Schnittlinien A-A' und B-B' festgelegt, so wird die Intensität der Bilddaten
entlang des Verlaufs der Schnittlinien betrachtet. In 6 ist der Intensitätsverlauf
entlang der einzelnen Schnittlinien beispielhaft im unteren Bereich
der Figur skizziert. Während
die Intensität
der Bildpunkte entlang der Schnittlinie A-A' nur im Bereich des Mittelpunktes MA der Schnittlinie einen leichten Anstieg
aufweisen, zeigt sich bei der Intensität der Bildpunkte entlang der
Schnittlinie B-B' rechts deren
Mittelpunkt MB eine signifikante Zunahme,
aus der sich eindeutig auf die Lage des zweiten geometrischen Objekts
schließen
läst. Durch
die Einteilung der beiden Schnittlinien in diese vier Liniensegmente (jeweils
links und rechts ihrer jeweiligen Mittelpunkte der Schnittlinien
A-A' und B-B') kann die Relativlage des
zweiten geometrischen Objekts in bezug auf den geometrischen Schwerpunkt
des ersten geometrischen Objekts schnell und einfach bestimmt werden.
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In
besonders vorteilhafter Weise lässt
sich dasjenige Liniensegment, welches die Lage des zweiten geometrischen
Objekts identifiziert, dadurch bestimmen, dass für alle vier Liniensegmente
die Standardabweichung der Intensitäten der Bildpunkte berechnet
wird und die Lage des zweiten geometrischen Objektes als in dem
Bereich des ersten geometrischen Objekts liegend geschätzt wird,
welcher von demjenigen Liniensegment überstrichen wird, welches die
größte Standardabweichung
in Bezug auf die Bilddaten aufweist. Selbstverständlich ist es auch denkbar
an Stelle der Berechnung der Standardabweichung ein mit dieser korrelierendes
anderes Maß zu
berechnen und die Lage des zweiten geometrischen Objektes entsprechend
unter Verwendung dieses Maßes
zu schätzen.
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In
Bezug auf die eigentliche Form des Kalibrierkörpers sind unterschiedliche
Ausgestaltungen denkbar. So könnte
in einfacher Weise der Kalibrierkörper flächenhaft ausgeführt werden
und so in seiner Form im wesentlichen einer ebenen Platte entsprechen.
Gleichwohl ist es vorteilhafter Weise aber auch denkbar, dass der
Kalibrationskörper
in seiner Form einem Vielflächner,
insbesondere einem Würfel entspricht,
wobei wenigstens zwei seiner Seiten mit dem regelmäßigen, zweidimensionalen
Muster versehen sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass in den
meisten Fällen
aus einer Kamerablickrichtung mehrere Seiten des Vielflächners sichtbar
sind und somit mehrere Kalibrationsmuster unter unterschiedlichen
Blickwinkeln zur Kalibration herangezogen werden können. Dies
resultiert in einer gewissen Redundanz und einer daraus resultierenden
Steigerung der Robustheit des verwendeten Kalibrationsverfahrens.
Alternativ kann in ähnlicher
Weise der Kalibrationskörper
die Form mehrerer, unter einem bestimmten Winkel zueinander verbundener
Metallplatten aufweisen, wobei einige der von einer Kamera einzusehenden
Flächen
des Körpers
mit dem regelmäßigen, zweidimensionalen
Muster versehen sind. Die Verwendung eines solchen Kalibrationskörpers weist mit
einem Vielflächner
vergleichbare Eigenschaften kann unter Umständen aber einfacher hergestellt werden;
beispielsweise durch die Verbindung zweier Metallplatten im rechten
Winkel.
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Um
einen Kalibrationskörper
mit dem erfinderischen Kalibrationsmuster zu versehen, ist es besonders
vorteilhaft, wenn das Kalibrationsmuster in einem ersten Schritt
auf eine Folie oder auf Papier aufgebracht wird, welche sodann,
insbesondere durch Kleben, auf dem Kalibrationskörper aufgebracht werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise lässt sich das Ka librationsmuster
kostengünstig
mittels eines handelsüblichen
Computerdruckers auf normalem Papier ausdrucken, da keine hohen
Anforderungen an Farbreinheit oder Exaktheit eines darzustellenden
Farbüberganges
gestellt werden müssen.
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In
vielen Anwendungsgebieten der Bildverarbeitung, insbesondere bei
der industriellen Bildverarbeitung, werden codierte Marken eingesetzt,
mittels welcher einzelnen Bildpunkten in den Bilddaten der durch
ein Kamerasystem erfassten Umgebung definierte Orte zugeordnet werden
können;
zum Beispiel: Photogrammetrie, sogenannte Bar- und Matrix-Codes
in der Produktion oder Bilderfassung im Zusammenhang mit Augmented
Reality). In besonders vorteilhafter Weise lässt sich der erfindungsgemäße Kalibrierkörper und
das Kalibrierverfahren auch für
solche Anwendungen verwenden. Dabei erfolgt die Codierung des Kalibrationskörpers dergestalt,
dass wenigstens ein Paar eines ersten und zweiten geometrischen
Objektes innerhalb des regelmäßigen Musters
auf bestimmte, definierte Weise verändert sind. Bei den zuvor beschriebenen
vorteilhaften Ausgestaltungen des Kalibrationskörpers, waren in Bezug auf die
relative Positionierung des ersten zu dem zweiten geometrischen
Objekt vier unterschiedliche Anordnungen denkbar. Dies bedeutet,
dass es auf dieser Grundlage möglich
wäre, mittels
eines einzigen Paares eines ersten und zweiten geometrischen Objektes
4 unterschiedliche Werte (beispielsweise Positionen im Raum) zu
codieren (2-Bit Code).
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Andererseits
ist es auch denkbar, die Codierung des Kalibrationskörpers dergestalt
vorzunehmen, dass wenigstens eines der zweiten geometrischen Objekte
in einer bestimmten, definierten Weise ausgestaltet ist; dies insbesondere
in Bezug auf seine Form. So kann der Codierung ein bestimmter Formenschatz
zugrunde gelegt werden, so dass einer in den Bilddaten erkannten
Form einer oder mehrerer zweiter geometrischer Ob jekte eine bestimmte
Codierung zugeordnet werde kann. Auch ist es denkbar, entsprechend
der gewünschten
Codierung die Anzahl der einem ersten geometrischen Objekt zugeordneten
zweiten geometrischen Objekte zu wählen.
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Selbstverständlich wäre es auch
denkbar, den Code aus einer Kombination aus der Variation der Relativlage
von erstem zu zweitem geometrischen Objekt und einer variablen,
gezielten Ausgestaltung des zweiten geometrischen Objekts zu gestalten.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann durch diese erfinderische Verwendung
eines codierten Kalibrationskörper
erreicht werden, dass nicht nur die Identität eines markierten Objektes
aus den Bilddaten ermittelt werden kann, sondern durch gleichzeitig auch
dessen Ausrichtung (Pose) in Bezug auf die Kamerablickwinkel direkt
aus den Bilddaten errechnet werden kann.
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Gleichsam
ist es auch denkbar die Codierung (Code-Muster) durch ein geometrisches
Element (beispielsweise auch Bar-Code)
zu bewirken, welches zusätzlich
zu dem erfindungsgemäßen regelmäßigen Muster
in vorbekannter relativer Lage zu diesem auf einem Objekt positioniert
wird. So kann dann indem anhand des erfindungsgemäßen Musters
die Lage des Objektes im Raum bestimmt wurde, auf einfache Weise
das die Codierung beinhaltende geometrische Element in den Bilddaten
gefunden werden. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil,
wenn Codierinformation, beispielweise Bar-Code oder Typenbezeichnungen
in Form von Zahlenfolgen infolge einer komplexen Bildszene nur schwer
in den Bilddaten identifizier bar sind. Dies vor allem auch dann,
wenn die zu identifizierenden Objekte in variablen Lagen, gedreht
oder gekippt, dem Kamerasystem zur Bilderfassung präsentiert
werden.