DE19536296A1 - Signalmarken und Verfahren zu deren Identifizierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Signalmarken und ein Verfahren zu deren Identifizierung nach den Oberbegriffen der Pa­ tentansprüche 1, 6, 8 und 12.

Die Erfindung findet Verwendung in der optischen 3D-Koor­ dinatenmeßtechnik, bei der Inspektion und Positionskon­ trolle von Objekten, insbesondere von Kraftfahrzeugen.

Es sind optische Meßverfahren mit einer oder mehreren Ka­ meras bekannt, bei denen die dreidimensionalen Koordinaten eindeutig bestimmbarer Punkte im Raum aus mehreren Ansich­ ten numerisch bestimmt werden. Es werden dazu künstliche Merkmale wie aufgeklebte oder aufproji­ zierte Marken bzw. reguläre oder stochastische Grauwert- oder Farbverteilungen genutzt. Diese bekannten Objektmarkierungen sind nur aus einem begrenzten Raumwin­ kel detektierbar. Sie benötigen zusätzlich Fläche bzw. Raum und erfordern zusätzlich Zeit bei z. B. der Objektver­ messung, da Bilder bei separater Beleuchtung der Markie­ rungen aufgenommen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Identifizierung von Signalmarken und geeignete Signalmar­ ken anzugeben, die mit hoher Zuverlässigkeit und während eines Meßverfahrens ohne zusätzlichen Zeitaufwand detek­ tierbar sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den Patentansprü­ chen 1, 6, 8 und 12 beanspruchten Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Lichtabstrahlung der Signalmarken zeitlich codiert wird und diese Codierung synchron mit der Bildaufnahme eines optischen Detektors aufgenommen wird. Dadurch ist es möglich Codierungsverfah­ ren z. B. für die 3D-Meßtechnik und das Codierungsverfahren zur Identifikation der Signalmarken derart aufeinander ab­ zustimmen, daß der Decoder alle zeitlich codierten Signale decodiert und anhand eines nachfolgenden Klassifikations­ verfahrens entschieden wird, ob der Codeindex einer co­ dierten Lichtabstrahlung der Signalmarke oder einer Codie­ rung zur z. B. 3D-Vermessung eines Objektes zuzuordnen ist. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß kein zusätzlicher Zeitaufwand für die Identifizierung der Signalmarken not­ wendig ist, da z. B. zur 3D-Vermessung oder zum Zwecke der Rauschminderung mehrere Bilder der gleichen Ansicht vom optischen Detektor aufgenommen werden, die gleichzeitig für die Codierung der Signalmarken verwendet werden.

Desweiteren ist von Vorteil, daß auf spezielle Beleuch­ tungseinrichtungen im optischen Detektor verzichtet werden kann, da die Signalmarken je nach Ausgestaltung direkt mit einer Lichtquelle verbunden sind oder über geeignet Pro­ jektoren die Signalmarken projizierbar sind.

Die Codierung und die Auswertung der Codierung erfolgt nach einem Verfahren das in der deutschen Patentschrift DE 41 15 445 beschrieben ist und dort zum Aufnehmen eines dreidimensionalen Bildes eines Objektes durchgeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen nä­ her erläutert.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Signalmarke, die über elek­ trische Zuleitungen und über Lichtleiter versorgt wird.

Fig. 2 zeigt eine Lichtquellenanordnung für codierte Si­ gnalmarken über ein Display.

Fig. 3 zeigt eine Lichtquellenanordnung für projizierte Signalmarken.

Zur Erzeugung einer codierten Lichtabstrahlung der Signal­ marken sind mehrere Lichtquellenanordnungen möglich. In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Signal­ marke dargestellt. Eine modulierbare elektrische oder elektrooptische Lichtquelle 1, z. B. eine Leuchtdiode, wird über eine Versorgungsleitung 2, z. B. elektrische Leitung oder Lichtleitfaser, mit zentral erzeugten, zeitlich un­ terschiedlich codierte Lichtsignalen versorgt. Mindestens eine Lichtquelle 1 ist vor oder auf einem z. B. transparen­ ten Träger 3 angeordnet, der eine verspiegelte Grundfläche und Mantelflächen aufweist. Auf dem Träger 3 befindet sich ein Diffusor 4 zur gleichmäßigen Verteilung des Lichtes. Auf dem Diffusor 4 ist ein Polarisationsfilter 5 zur Ent­ spiegelung aufgebracht. Um eine definierte Lichtaustritts­ fläche 7 zu erhalten, ist auf der Oberfläche der Signal­ marke eine schwarze Maske 6 mit mindestens einem z. B. kreisförmigen Loch aufgebracht. Die Materialien für die Signalmarke werden vorteilhafterweise so gewählt, daß die Lichtaustrittsfläche 7 eine matte, dunkle Oberfläche auf­ weist, so daß durch das Umgebungslicht nahezu keine Remis­ sion hervorgerufen wird.

Es können mehrere derartig ausgestaltete Signalmarken von einer zentralen Steuereinheit mit Energie und Triggersi­ gnal versorgt werden. Es werden z. B. Einleiter- oder Zwei­ leiter-Ringversorgungen oder eine sternförmige Leitungs­ führung verwendet.

Desweiteren ist es möglich, die Signalmarke zusätzlich mit einem Energiespeicher z. B. Akku oder Kondensator, und ei­ nem integrierten Schaltkreis auszustatten. Der integrierte Schaltkreis enthält einen Signalempfänger, einen Codespei­ cher und eine Steuerung, die den gespeicherten Code abruft und in elektrische Lichtsignale analog einem Leuchtfeuer umsetzt. Der Codespeicher ist vorteilhafterweise so aus­ geführt, daß der individuelle Code programmiert werden kann und beispielsweise über einen externen Sender der Code veränderbar ist. Der weitere Aufbau der Signalmarke entspricht dem Ausführungsbeispiel 1. Es entfallen jedoch die Versorgungsleitungen 2, da der Code bereits in der Si­ gnalmarke gespeichert ist und eine autonome Energieversor­ gung existiert.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die elektrische oder elektrooptische Lichtquelle durch einen Lichtmodula­ tor, z. B. CCD, mit Lichtdiffusor ersetzt worden, der das von einer externen Lichtquelle entfallende Licht im Takt des gespeicherten Codes entweder absorbiert oder durchläßt und dadurch eine zeitlich codierte Lichtremission bewirkt.

Als weiteres Ausführungsbeispiel für codierte Signalmarken wird ein Display 8 vorgeschlagen z. B. eine LED- oder LCD- oder Plasma-Matrix oder ein Monitor mit Kathodenstrahl­ röhre (Fig. 2). Auf dem Display werden unterschiedliche Helligkeits- bzw. Farbmuster, die den Code der Signalmarke darstellen, erzeugt und synchron mit der Bildaufnahme ei­ ner Kamera 9 aufgenommen. Vor dem Display 8 ist eine Maske 6 aufgebracht, die z. B. Öffnungen an den Stellen aufweist, an denen die Signalmarken angeordnet sein sollen.

Auch über z. B. LCD- oder Laser-TV-Projektoren können co­ dierte Signalmarken erzeugt werden. Gemäß Fig. 3 werden auf einer Fläche 10 unterschiedliche Helligkeits- bzw. Farbmuster, die den Code der Signalmarken darstellen, über einen Projektor 12 erzeugt und synchron mit der Bildauf­ nahme einer Kamera 13 aufgenommen. Kamera 13 und Projektor 12 sind über eine Steuerleitung 14 zur Synchronisation von Lichtmodulation und Bildaufnahme verbunden. Der Ort der Signalmarken ist durch eine z. B. schwarze Maske 11 auf der beleuchteten Fläche 10 festgelegt, die an den Stellen der Signalmarken durchbrochen oder diffus weiß ist, beispiels­ weise eine schwarze Fläche mit weißen Kreisflächen. Durch die Projektion unterschiedlicher Helligkeits- bzw. Farbmu­ ster werden die einzelnen Signalmarken zeitlich verschie­ den ein- und ausgeschaltet und sind somit zeitlich co­ diert.

Der mit den in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Si­ gnalmarken erzeugte zeitliche Intensitäts- oder Farb- oder Intensitäts-Farb-Code wird mit einem optischen Detektor aufgenommen. Der optische Detektor besteht z. B. aus einer Videokamera, einem Bilddigitalisierer, einer Bildsequenz­ speichereinrichtung, einem Decoder, einem Klassifizierer, einem Bildkoordinatenauswertesystem und einer Einrichtung zur Übertragung und Speicherung und der identifizierten Bildkoordinaten. Mit der Kamera wird eine Bildfolge mit M Bildern und dem Bildindex i = 0 . . . M-1 gespeichert. Aus der gespeicherten Bildfolge werden für eine bestimmte Bildko­ ordinate x₁, y₁ die Intensitätswerte (g (x₁, y₁, i) ausge­ lesen und als Vektor in einem Array g₁(1) gespeichert. Der Vektor wird dem Decoder zugeführt und dort einem Codeindex ζ (x₁, y₁) zugeordnet.

Dieser Codeindex ζ wird dem Klassifizierer zugeführt, der dem Codeindex ζ eine bestimmte Signalmarke zuordnet, deren Koordinaten bekannt sind.

Wird nun mit dem optischen Detektor z. B. ein zeitlich co­ diertes 3D-Vermessungsverfahren eines Objektes durchge­ führt, so wird die zeitlich codierte Lichtabstrahlung der Signalmarken und das Codierungsverfahren zur 3D-Vermessung mit der gleichen Bildfolge M aufgenommen. Im Decoder wer­ den alle zeitlich codierten Signale decodiert und dem Klassifizierer zugeführt. Der Klassifizierer entscheidet anhand des Codeindexes, ob es sich um eine Codierung der Signalmarke handelt oder um eine Codierung zur 3D-Vermes­ sung. Wird z. B. zur 3D-Vermessung eines Objektes ein Streifencode verwendet (R.W. Malz: Codierte Lichtstruktu­ ren für 3D-Meßtechnik und Inspektion, Universität Stutt­ gart 1992, Reihe: Berichte aus dem Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart), bei dem jedem projizier­ ten Streifen ein Codeindex ζ zugeordnet wird, so wird ein Teil des Wertevorrates der Codeindizes ζ für eine Codie­ rung der Lichtabstrahlung der Signalmarken verwendet. Eine zeitliche Folge unterschiedlicher Intensitäten und/oder Farben wird nicht im Streifenprojektor zur 3D-Vermessung verwendet, sondern zur Modulation der Lichtabstrahlung der Signalmarken. Der Klassifizierer erkennt dann, z. B. für einen Codeindex ζ < ζ_max, daß es sich um einen Codeindex für eine Signalmarke handelt. ζ_max stellt den maximalen Codeindex für den Streifencode dar.

Claims (12)

1. Verfahren zur Identifizierung von Signalmarken, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß die Lichtabstrahlung der Signalmarken zeitlich codiert wird, und
• - daß die codierte Lichtabstrahlung der Signalmarken synchron mit der Bildaufnahme eines optischen De­ tektors aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmarken Licht nach einem zeitlichen Intensitäts- Code oder Farb-Code oder Intensitäts-Farb-Code abstrahlen, der durch Unterschiedliche Lichtquellenanordnungen oder durch projizierte, unterschiedliche Helligkeits- und Farb­ muster erzeugt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß im optischen Detektor eine Bildfolge mit M Bildern und dem Bildindex i = 0 . . . M-1 gespeichert wird,
• - daß aus der gespeicherten Bildfolge für eine be­ stimmte Bildkoordinate x₁, y₁ die Intensitätswerte g (x₁, y₁, i) ausgelesen und als Vektor in einem Ar­ ray g₁(i) gespeichert werden, und
• - daß der Vektor einem Decoder zugeführt wird und dort einem Codeindex ζ (x₁, y₁) zugeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß mit dem optischen Detektor ein zeitlich co­ diertes 3D-Vermessungsverfahren eines Objektes durchgeführt wird,
• - daß das Codierungsverfahren zur 3D-Vermessung und das Codierungsverfahren zur Identifizierung der Signalmarken derart aufeinander abgestimmt werden, daß der Decoder alle zeitlich codierten Signale decodiert und der Klassifizierer anhand des Code­ indexes ζ entscheidet, ob der Codeindex ζ einer codierten Lichtabstrahlung der Signalmarke oder einer Codierung zur 3D-Vermessung zuzuordnen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß als Codierungsverfahren ein Streifencode ver­ wendet wird, bei dem projizierte Streifen zur 3D- Vermessung eines Objektes verwendet werden,
• - daß einem projizierten Streifen ein Codeindex ζ zugeordnet wird, und
• - daß ein Teil des Wertevorrats der Codeindizes ζ für die Codierung der Lichtabstrahlung der Signal­ marken verwendet wird, derart, daß eine zeitliche Folge unterschiedlicher Intensitäten und/oder Far­ ben nicht im Streifenprojektor verwendet werden, sondern zur Modulation der Lichtabstrahlung der Signalmarken.

6. Signalmarke, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Träger (3), der eine verspiegelte Grund- und Man­ telfläche besitzt, ein Diffusor (4) zur gleich­ mäßigen Verteilung des Lichtes und ein Polarisator (5) zur Entspiegelung aufgebracht sind, und daß auf dem Polarisator (5) eine Maske (6) zur Festlegung der Geometrie der Lichtaustrittsfläche (7) der Signalmarke angeordnet ist.

7. Signalmarke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (6) Öffnungen für die Lichtaustrittsfläche (7) enthält, und die Lichtaustrittsfläche eine matte, dun­ kle Oberfläche aufweist.

8. Lichtquellenanordnung für eine Signalmarke nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lichtquelle (1) an der Unterseite der Signalmarke an­ geordnet ist, und daß über einen elektrischen Leiter oder einen Lichtleiter, die zentral erzeugten, unterschiedlich codierten Lichtsignale an die Lichtquellen (1) mehrerer Signalmarken übermittelt werden.

9. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine LED- oder LCD- oder Plasma-Matrix oder ein Monitor einer Kathodenstrahlröhre als Lichtquelle verwendet werden.

10. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalmarke einen Energiespeicher und einen integrierten Schaltkreis enthält, der mit einem Signalempfänger, einem Codespeicher und einer Steuerung, die den gespeicherten Code abruft und in elektrische Lichtsignale umsetzt ausgestattet ist, und daß das zeit­ lich codierte Lichtsignal über eine Lichtquelle abge­ strahlt wird.

11. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß anstelle der Lichtquelle (1) ein Licht­ modulator mit Diffusor auf der Oberfläche der Signalmarke aufgebracht ist, der das von einer externen Lichtquelle einfallende Licht im Takt des Codes absorbiert oder durch­ läßt und eine zeitlich codierte Lichtremission bewirkt.

12. Lichtquellenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß über einen LCD-Projektor oder Laser-TV-Projektor eine Flä­ che mit codierten Lichtsignalen beleuchtet wird und der Ort der Signalmarke auf der Fläche über eine auf der Flä­ che aufgebrachten Maske, die an den Orten der Signalmarke durchbrochen oder diffus ist, festgelegt ist.