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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, 2, 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 der 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 von punktförmigen Kalibrationsmarken. Beispielhaft hierfür sind 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 kreisförmiges Element auf, wobei der Umfang der Retromarken teilweise durch Kreisbogensegmente markiert wird. Diese Kreisbogensegmente sowie die Anzahl, Größe und Anordnung der Kreisbogensegmente sind 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 versehenen 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 denselben 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 Kalibierkörper 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 erfassende 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.
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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.
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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 (beispielsweise: ,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 sichergestellt 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 erheblichem Aufwand so positioniert werden, dass eine Verdeckung der wesentlichen Bereiche des Kalibrationsmusters bei der Bildaufnahme sicher vermieden werden kann.
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Simon Radford: Chajnantor Surveillance Camera – Calibration Target; einsehbar unter archive.org-snapshot vom 31.01.2003 http://web.archive.org/web/20030131093858/http://www.tuc.nrao.edu/mma/sites/Chajnantor/instruments/surveillance.html zeigt bereits ein Kalibrationsverfahren mittels Einfärbung eines geometrischen Objekts durch einen Farbverlauf ausgehend von der Farbe des ihm zugeordneten ersten geometrischen Objekts. Es ist ein Kantendetektor vorgesehen, welcher zu Erkennung der Übergänge zwischen den einzelnen geometrischen Objekten verwendet wird.
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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 hochgenaue 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 jeweiligen 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. 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 natürlichen 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 ausgestaltet, 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 relativ 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 Kalibrationsmuster 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 Objekte 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.
