DE19516431A1

DE19516431A1 - Verfahren zum Auswählen eines Bildes aus einer Bildersammlung für die photogrammetrische Berechnung der räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes

Info

Publication number: DE19516431A1
Application number: DE19516431A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Ing Hoffmann; Klaus-Dieter Dipl Ing Kamsties; Juergen Dr Ing Lockau; Peter Dipl Ing Rummel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1996-11-07
Also published as: WO1996035102A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswählen eines Bil des, auf dem ein Objektpunkt abgebildet ist, aus einer Bil dersammlung für die photogrammetrische Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes, wobei ein Primär bild bekannt ist, auf dem ein Abbildungsort des Objektpunktes zu erkennen ist, und wobei für jedes Bild der Bildersammlung, sowie für das Primärbild, die Position, die die Bildebene zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum eingenommen hat, bekannt ist.

Aus der EP 0 477 404 A1 ist ein Verfahren zur Dokumentation einer Anlage oder eines Anlagenteiles bekannt. Dabei werden die Anlage oder das Anlagenteil aus mindestens zwei Richtun gen fotografiert, wobei es darauf ankommt, daß ein Punkt des fotografierten Objektes auf mindestens zwei Bildern, die aus unterschiedlichen Positionen aufgenommen worden sind, zu er kennen ist. Aus den Positionen der Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahmen und aus den Orten der Abbildungen des Objekt punktes auf den Bildern werden dann die räumlichen Koordina ten des Objektpunktes bestimmt. Indem man in der gleichen Weise einen zweiten Punkt der Anlage oder des Anlagenteiles bestimmt, kann das Teilstück der Anlage oder des Anlagentei les zwischen diesen beiden Punkten dokumentiert werden, so fern man davon ausgehen kann, daß dieses Teilstück geradlinig verläuft.

Für eine derartige Anlagendokumentation werden sehr viele Fo tografien erstellt und in einer Bildersammlung abgelegt. Da bei ist für jedes Bild die Position, die die Bildebene zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum eingenommen hat, bekannt. Die Bildersammlung kann aus digitalisierten Bildern bestehen, die z. B. auf einer Foto-CD abgespeichert sein können.

In der Regel erfolgt die Berechnung der räumlichen Koordina ten eines Objektpunktes erst nachdem die gesamte Bildersamm lung für die Dokumentation einer meist großen Anlage erstellt worden ist. Es müssen daher zum Bestimmen der räumlichen Ko ordinaten eines Objektpunktes zunächst geeignete Bilder aus einer großen Bildersammlung ausgewählt werden. Häufig ist je doch die Abbildung eines Objektpunktes auf einem Bild nur schwer zu erkennen. Die Durchsicht einer großen Bildersamm lung mit dem Ziel, Bilder auszuwählen, die den Objektpunkt zeigen, ist daher aufwendig und nimmt sehr viel Zeit in An spruch. Das gilt auch, wenn die Bildersammlung auf einer Fo to-CD abgespeichert ist und die Bilder auf einem Bildschirm betrachtet werden können.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auswählen eines Bildes aus einer Bildersammlung anzugeben, mit dem bei einer schnellen Durchsicht der Bilder zuverlässig erkannt werden kann, ob auf einem Bild ein konkreter Objekt punkt abgebildet ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf den Bildern der Bildersammlung eine gedachte Verbindungslinie (Sichtstrahl) zwischen dem Objektpunkt einerseits und dem Ab bildungsort des Objektpunktes auf dem Primärbild andererseits als Ortslinie (Epipolarlinie) des Objektpunktes abgebildet wird, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Ortslinie zu erkennen ist, daß auf diesen Bil dern ein Abbildungsort des Objektpunktes auf oder in der Nähe der Ortslinie gesucht wird und daß ein Bild, auf dem der Ab bildungsort gefunden worden ist, als Sekundärbild ausgewählt wird.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird der Vorteil er zielt, daß durch den Einsatz der Ortslinie sehr schnell fest gestellt werden kann, ob auf einem Bild der Bildersammlung der Objektpunkt abgebildet ist oder nicht. Der Abbildungsort des Objektpunktes auf einem Sekundärbild muß nämlich dort, da der Objektpunkt selbst auf dem Sichtstrahl liegt, auf der ab gebildeten Ortslinie liegen. Bei Berücksichtigung kleinerer Fehler, die bei der Bestimmung der Ortslinie entstehen kön nen, muß der Abbildungsort des Objektpunktes auf dem Sekun därbild auf oder in der Nähe der Ortslinie liegen. Es reicht folglich aus, den Abbildungsort auf Bildern der Bildersamm lung im Bereich der Ortslinie zu suchen. Mit der Ortslinie wird das Auffinden des Abbildungsortes vorteilhafterweise sehr erleichtert. Folglich kann die Bildersammlung sehr schnell durchgesehen werden und es können trotzdem die ge wünschten Bilder zuverlässig herausgesucht werden.

Falls die Bildersammlung auf einem Bildschirm durchgesehen wird, kann die Ortslinie für jedes Bild zusammen mit diesem Bild auf dem Bildschirm dargestellt werden.

Falls der Objektpunkt ein Teil einer Objektlinie ist, wird beispielsweise als Abbildungsort auf den aus der Bildersamm lung ausgewählten Bildern ein Schnittpunkt der Ortslinie mit einer Abbildung der Objektlinie gesucht. Damit wird der Vor teil erzielt, daß ein für die photogrammetrische Berechnung von räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes erforderliches Sekundärbild auch dann ausgewählt werden kann, falls auf dem Objekt kein konkreter Punkt, sondern nur eine Objektlinie, z. B. eine Kante eines Bauteils, zu erkennen ist und ein be liebiger Objektpunkt auf der Objektlinie ausgewählt wird.

Beispielsweise werden aus der Bildersammlung nur solche Bil der ausgewählt, auf denen die Ortslinie über einen großen Ab schnitt, der mindestens der Länge einer Seite des Bildes ent spricht, zu erkennen ist. Damit wird der Vorteil erzielt, daß solche Bilder unberücksichtigt bleiben, auf denen zwar ein Teil der Ortslinie, nicht aber derjenige Teil der Ortslinie zu erkennen ist, der den Abbildungsort des Objektpunktes ent hält. Falls auf dem Bild ein großer Abschnitt der Ortslinie zu erkennen ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß auf diesem großen Abschnitt der Abbildungsort des Objektpunktes liegt, sehr groß.

Beispielsweise werden aus der Bildersammlung nur solche Bil der ausgewählt, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum mit der Bildebene des Primärbildes einen Winkel zwischen ca. 45° und 135°, insbesondere 90°, gebildet haben. Auf solchen Bildern ist die Ortslinie besonders gut zu erken nen.

Beispielsweise kann zusätzlich zu einem Sekundärbild, auf dem der gleiche Objektpunkt wie auf dem Primärbild zu erkennen ist, ein Tertiärbild ausgewählt werden, das ebenfalls diesen Objektpunkt zeigt. Ein solches Tertiärbild kann notwendig sein, wenn die räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes be reits in üblicher Weise mit Hilfe eines Primärbildes und ei nes geeigneten Sekundärbildes berechnet worden sind und dann diese Berechnung überprüft werden soll. Zum Auswählen eines für eine solche Überprüfung geeigneten Tertiärbildes aus der Bildersammlung wird beispielsweise auf den Bildern der Bil dersammlung der zuvor berechnete Ort des Objektpunktes als Markierung abgebildet. Aus der Bildersammlung werden dann Bilder ausgewählt, auf denen die Markierung zu erkennen ist. Auf diesen Bildern wird ein Abbildungsort des Objektpunktes auf oder in der Nähe der Markierung gesucht. Ein Bild, auf dem der Abbildungsort gefunden worden ist, wird dann als Ter tiärbild zur Überprüfung und zur genauen Bestimmung der Koor dinaten des Objektpunktes benutzt.

Durch das Auffinden eines solchen Tertiärbildes kann die Be rechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes bestä tigt werden oder ihre Genauigkeit kann vergrößert werden, in dem die Bildkoordinaten des Abbildungsortes des Objektpunktes auf dem Tertiärbild zur Berechnung hinzugezogen werden.

Die Markierung kann ein Fadenkreuz sein, das, falls die Bil dersammlung auf einer Foto-CD gespeichert ist und die Bilder auf einem Bildschirm betrachtet werden, auf diesem Bildschirm eingeblendet werden kann.

Mit dem geschilderten Verfahren kann ein Tertiärbild schnell und zuverlässig ausgewählt werden und für eine genauere Be stimmung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes benutzt werden.

Beispielsweise werden aus der Bildersammlung für das Auswäh len eines Tertiärbildes nur solche Bilder ausgewählt, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum mit den Bild ebenen des Primärbildes und des Sekundärbildes jeweils einen Winkel zwischen ca. 45° und 135°, insbesondere 90°, gebildet haben.

Damit werden mögliche Abweichungen des berechneten und mar kierten Abbildungsortes des Objektpunktes vom wirklichen Ab bildungsort auf dem Tertiärbild besonders zuverlässig er kannt. Dadurch ist eine Überprüfung der Berechnung der räum lichen Koordinaten des Objektpunktes und eine noch genauere Berechnung dieser Koordinaten möglich.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß für eine Anlagendokumentation benötigte Bilder aus einer bestehenden Bildersammlung schnell und zu verlässig ausgewählt werden können.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Objekt (Bauteil) und ein zum Bestimmen der räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes notwendiges Bilderpaar, bestehend aus einem Primärbild und einem mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung aus einer Bildersammlung ausgewählten Sekundärbild.

Fig. 2 zeigt ein aus der Bildersammlung ausgewähltes Tertiärbild, das zur Überprüfung einer Koordinatenbestimmung dient.

Fig. 1 zeigt ein quaderförmiges Objekt 1, auf dem ein Ob jektpunkt A zu erkennen ist, der beispielsweise die Ecke ei nes Quaders ist. Der Objektpunkt A kann durch eine aufge klebte Markierung kenntlich gemacht sein. Das Objekt 1 kann auch eine andere Form haben.

Es ist bereits ein Primärbild 2 bekannt, auf dem ein Abbil dungsort B des Objektpunktes A zu erkennen ist. Außerdem ist eine Bildersammlung vorhanden, deren Bilder das Objekt 1 zei gen. Für das Primärbild 2, wie auch für alle Bilder der Bil dersammlung sind die Positionen der Bildebenen im Raum für den Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Bildes bekannt.

Mit Hilfe des Primärbildes 2 und eines geeigneten Sekundär bildes 3, das auch den Objektpunkt A zeigen muß, können dann in bekannter Weise die räumlichen Koordinaten des Objektpunk tes A berechnet werden. Dazu ist jedoch erforderlich, daß aus der großen Bildersammlung ein geeignetes Sekundärbild 3 aus gewählt wird. Eine solche Auswahl kann mit dem Verfahren nach der Erfindung schnell und zuverlässig erfolgen.

Zum Auswählen eines geeigneten Sekundärbildes 3 wird auf al len Bildern der Bildersammlung eine Ortslinie 4 (Epipolarlinie) des Objektpunktes A abgebildet. Diese Ortsli nie 4 ist das Bild einer gedachten Verbindungslinie 5 (Sichtstrahl) zwischen dem Objektpunkt A einerseits und dem Abbildungsort B des Objektpunktes A auf dem Primärbild 2 an dererseits. Da der Objektpunkt A selbst auf der Verbindungs linie 5 liegt, muß ein Abbildungsort C des Objektpunktes A auf dem Sekundärbild 3 auf der Ortslinie 4 liegen. Kleine Ab weichungen sind möglich und gehen auf tolerierbare Fehler zu rück. Die Ortslinie 4 ist folglich ein Hilfsmittel, mit dem der Abbildungsort C des Objektpunktes A auf einem Sekundär bild 3 schnell und zuverlässig gefunden werden kann. Dazu werden zunächst, in der Regel automatisch, aus der Bilder sammlung diejenigen Bilder ausgewählt, auf denen die Ortsli nie 4 zu erkennen ist. Auf diesen ausgewählten Bildern wird dann der Abbildungsort C des Objektpunktes A auf oder in der Nähe der Ortslinie 4 beispielsweise durch einen Bediener ge sucht. Die Suche könnte auch automatisch erfolgen. Ein Bild, auf dem der Abbildungsort C auf oder in der Nähe der Ortsli nie 4 gefunden worden ist, wird dann als Sekundärbild 3 zur photogrammetrischen Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes A benutzt. Der Abbildungsort C auf dem Sekun därbild 3 ist ohne Hilfsmittel zu erkennen. Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es jedoch erstmals möglich, in nur kurzer Zeit eine große Bildersammlung daraufhin durchzusehen, ob ein Abbildungsort C des Objektpunktes A zu finden ist. Das ist möglich, weil eine in der Regel automatische Bildervor auswahl erfolgt und weil dann nur auf oder in der Nähe der Ortslinie 4, z. B. vom Bediener, nach dem Abbildungsort C ge sucht wird.

Falls statt eines Objektpunktes A auf dem Primärbild 2 nur eine aus vielen Objektpunkten bestehende Objektlinie a, z. B. eine Objektkante, abgebildet ist, wird von einem beliebigen Punkt auf der Objektlinie a ausgegangen, der dann der Objekt punkt A ist. Die Verbindungslinie 5 (Sichtstrahl) geht dann von diesem Objektpunkt A aus und endet am Primärbild 2, worauf sie senkrecht steht. Der Endpunkt der Verbindungslinie 5 am Primärbild 2 ist dann der Abbildungsort B des Objektpunktes A auf dem Primärbild 2. Auf den Bildern der Bildersammlung wird dann der Sichtstrahl 5 als Ortslinie 4 (Epipolarlinie) abge bildet. Aus der Bildersammlung werden danach Bilder ausge wählt, auf denen die Ortslinie 4 zu erkennen ist. Auf diesen Bildern wird eine Abbildung c* der Objektlinie a gesucht. Als Abbildungsort C des Objektpunktes A wird dann ein Schnitt punkt der Ortslinie 4 mit der Abbildung c* der Objektlinie a gesucht. Ein Bild, auf dem ein solcher Schnittpunkt gefunden worden ist, wird als Sekundärbild 3 ausgewählt.

Falls die Bilder der Bildersammlung digitalisiert abgespei chert sind, können sie nacheinander auf einem Bildschirm dar gestellt werden, wobei der jeweilige Verlauf der Ortslinie 4 auf dem Bildschirm eingeblendet wird.

Die Bildebenen des Primärbildes 2 und des Sekundärbildes 3 bilden zum Zeitpunkt der Aufnahme miteinander einen Winkel, der z. B. 45°-135°, insbesondere ungefähr 90° ist.

Mit Hilfe des Primärbildes 2 und des Sekundärbildes 3 und mit deren bekannten Positionen im Raum zum Zeitpunkt der Aufnah men, sowie mit Hilfe der Abbildungsorte B und C des Objekt punktes A können in üblicher Weise die räumlichen Koordinaten des Objektpunktes A berechnet werden.

Zum Überprüfen dieser Berechnung kann ein Tertiärbild 7 her angezogen werden. Zur Auswahl eines geeigneten Tertiärbildes 7 wird auf den Bildern der Bildersammlung der zuvor berech nete Ort des Objektpunktes A als Markierung 6 abgebildet. Diese Markierung 6 kann auf den Bildern ein Fadenkreuz sein. Aus der Bildersammlung werden dann die jenigen Bilder ausgewählt, auf denen die Markierung 6 zu er kennen ist. Dann wird auf diesen Bildern ein wirklicher Ab bildungsort D des Objektpunktes A auf oder zumindest in der Nähe der Markierung 6 gesucht. Kleine Abweichungen sind mög lich und gehen auf tolerierbare Fehler zurück. Mit der Markierung 6 kann schnell und zuverlässig aus der Bildersamm lung ein Bild als Tertiärbild 7 ausgewählt werden, auf dem eine Abbildung des Objektpunktes A auf oder in der Nähe der Markierung 6 zu erkennen ist.

Wenn der Abbildungsort D auf oder nahe bei der Markierung 6 liegt, wird dadurch belegt, daß die Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes A richtig erfolgt ist.

Die Genauigkeit der Überprüfung und der Berechnung selbst kann noch gesteigert werden, wenn als Tertiärbild 7 aus der Bildersammlung nur solche Bilder ausgewählt werden, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum sowohl mit der Bildebene des Primärbildes 2 als auch mit der Bildebene des Sekundärbildes 3 jeweils Winkel gebildet haben, die 45° bis 135°, insbesondere ungefähr 90°, betragen.

Claims

1. Verfahren zum Auswählen eines Bildes (3, 7), auf dem ein Objektpunkt (A) abgebildet ist, aus einer Bildersammlung für die photogrammetrische Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes (A), wobei ein Primärbild (2) bekannt ist, auf dem ein Abbildungsort (B) des Objektpunktes (A) zu erken nen ist und wobei für jedes Bild der Bildersammlung, sowie für das Primärbild (2) die Position, die die Bildebene zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum eingenommen hat, bekannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Bildern der Bildersammlung eine gedachte Verbindungslinie (5) (Sichtstrahl) zwischen dem Objektpunkt (A) einerseits und dem Abbildungsort (B) des Objektpunktes (A) auf dem Primär bild (2) andererseits als Ortslinie (4) (Epipolarlinie) des Objektpunktes (A) abgebildet wird, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Ortslinie (4) zu er kennen ist, daß auf diesen Bildern ein Abbildungsort (C) des Objektpunktes (A) auf oder in der Nähe der Ortslinie (4) ge sucht wird und daß ein Bild, auf dem der Abbildungsort (C) gefunden worden ist, als Sekundärbild (3) ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Objektpunkt (A) ein Teil einer Objektlinie (a) ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungsort (C) auf den aus der Bildersammlung ausgewählten Bildern ein Schnittpunkt der Ortslinie (4) mit einer Abbil dung (c*) der Objektlinie (a) gesucht wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Ortslinie (4) über einen großen Abschnitt, der mindestens der Länge einer Seite des Bildes entspricht, zu erkennen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bildersammlung solche Bilder ausgewählt werden, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum mit der Bild ebene des Primärbildes (2) einen Winkel von ca. 45° bis 135° gebildet haben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Bildern der Bildersammlung der zuvor berechnete Ort des Objektpunktes (A) als Markierung (6) abgebildet wird, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Markierung (6) zu erkennen ist, daß auf diesen Bildern ein Abbildungsort (D) des Objektpunktes (A) auf oder in der Nähe der Markierung (6) gesucht wird und daß ein Bild, auf dem der Abbildungsort (D) gefunden worden ist, als Tertiärbild (7) zur Überprüfung und zur genauen Bestimmung der Koordinaten des Objektpunktes (A) benutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bildersammlung solche Bilder ausgewählt werden, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum sowohl mit der Bildebene des Primärbildes (2) als auch mit der Bildebene des Sekundärbildes (3) Winkel von 45° bis 135° gebildet haben.