DE19746942A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Korrekturfaktoren für auf der Beareitung von Videosignalen basierenden Meßsystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Korrekturfaktoren für auf der Verarbeitung von Videosignalen basierenden Meßsystemen.

Meßsysteme der eingangs genannten Art kommen insbesondere zur Anwendung bei Verfahren zur Positionsbestimmung von Objekten. Ein besonderer Anwendungsbereich der Erfindung sind Verfahren zur automatisch unterstützen Führung von Luftfahrzeugen zur endgültigen Parkposition, insbesondere im Terminalbereich auf Flugplätzen. Derartige Systeme, auch Docking-Guidance-Systeme genannt, verwenden im Flugfeldbereich angeordnete Videokame­ ras als Sensoren. Die Videosignale werden in Auswerteeinhei­ ten ausgewertet, um beispielsweise Luftfahrzeugtyp und insbe­ sondere die Luftfahrzeugposition relativ zur endgültigen Parkposition zu ermitteln, um daraus Korrekturwerte zu er­ rechnen, die der Führung des Luftfahrzeuges angezeigt werden. Das Luftfahrzeug kann somit automatisch unterstützt in die endgültige Parkposition geführt werden. Zur Bestimmung der anzuzeigenden Werte ist das auf der Auswertung von Videosi­ gnalen basierende System darauf angewiesen, den Erfassungsbe­ reich exakt zu erkennen. Die üblicherweise außerhalb von Ge­ bäuden liegenden Markierungen unterliegen jedoch Witterungs­ einflüssen, werden von Flugzeugen, Fahrzeugen und dergleichen überfahren, verschmutzt, abgerieben und somit mit der Zeit unbrauchbar. Darüber hinaus unterliegen die auf der Verarbei­ tung von Videosignalen basierenden Meßsysteme einer elektro­ nischen Drift.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit­ zustellen, mit welchen eine Kalibrierung des Systems ermög­ licht wird, so daß ein Bezug zwischen den Kamerakoordinaten und den tatsächlichen Raumkoordinaten hergestellt werden kann, und mit welchem elektronische Drift ausgeglichen werden kann.

Verfahrensseitig wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturfaktoren für auf der Verarbeitung von Videosignalen basierenden Meßsysteme, wobei in einem Erfassungsbereich einer Videosignale liefern­ den Kamera ein Feld von hinsichtlich relativer Positionswerte wie Winkellagen, Abständen und dergleichen festgelegten Meß­ punkten positioniert und von der Kamera detektiert wird, die Positionswerte einem Verarbeitungsrechner aufgegeben und aus den Abweichungen der detektierten und aufgegebenen Positions­ werte die Korrekturfaktoren ermittelt werden.

Diese erfindungsgemäß zusätzlich zu den üblichen Erfassungs­ bereichmarkierungen angeordneten Meßpunkte stellen eine defi­ nierte, erfaßbare und somit vergleichbare Feldbasis dar, so daß Abweichungen der Soll- und Ist-Werte leicht ermittelt und in Korrekturfaktoren umgewandelt werden können. Die Korrek­ turfaktoren stehen dann für die Einsätze des Systems zur Ver­ fügung um die Videosignale im Einsatz zu bereinigen, so daß ein exakter Bezug zwischen den üblicherweise zweidimensiona­ len Kamerakoordinaten und den tatsächlichen dreidimensionalen Raumkoordinaten hergestellt ist.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung werden die Meßpunkte in einem zweidimensionalen oder dreidi­ mensionalen, vorzugsweise kartesischen Koordinatensystem an­ geordnet. In vorteilhafter Weise kann auch ein Gitter verwen­ det werden. Die Meßpunkte können auch nur die Eckpunkte eines kartesischen Gitters markieren. Die Meßpunkte sind in diesen Fällen immer relativ zweiwinklig positioniert und weisen zwi­ schen sich definierte Abstände auf.

Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, daß ein mobiles Feld verwendet wird. Durch diese Möglichkeit kann das erfin­ dungsgemäße Verfahren nacheinander auf eine Vielzahl von Meß­ systeme angeordnet werden. Auf Flugplätzen ist dies besonders wirtschaftlich, wo eine große Zahl von Terminals beziehungs­ weise Parkpositionen von auf der Verarbeitung von Videosigna­ len basierenden Meßsystemen überwacht werden.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag werden gegen­ über der er faßbaren Umgebung markante vorgehobene Signalpunk­ te zum Aufbau des Feldes verwendet. Durch diesen Vorschlag kann den charakteristischen Eigenschaften des Videosystems entsprochen werden. Das Meßfeld kann somit sehr einfach und exakt von dem Videosystems detektiert werden.

Gemäß einem weiterem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung wird das Meßfeld reproduzierbar in bezug auf Basispunkte im Erfassungsbereich ausgerichtet. Durch diesen Vorschlag können Kalibrierungsfehler weitestgehend vermieden, auch nur einge­ wiesenes Personal eingesetzt und einfache und beliebige Wie­ derholungen durchgeführt werden.

Mit der Erfindung wird ein einfaches Verfahren zur Korrektur­ faktorermittlung angegeben, welches wirtschaftliche, schnelle und exakte Werte liefernd eingesetzt werden kann.

Vorrichtungsseitig wird zur Lösung der obengenannten Aufgabe vorgeschlagen eine Vorrichtung zur Ermittlung von Korrektur­ verfahren für auf der Verarbeitung von Videosignalen basie­ renden Meßsysteme gemäß dem genannten Verfahren, gekennzeich­ net durch ein in einem Erfassungsbereich einer Videosignale liefernden Kamera positionierbares Feld von hinsichtlich re­ lativer Positionswerte wie Winkellagen, Abständen und der­ gleichen festgelegten Meßpunkten.

Bei dem erfindungsgemäßen Feld handelt es sich im einfachsten Fall um ein Gitter, um zweidimensional oder dreidimensional, vorzugsweise im kartesischen System angeordnete Signalpunkte.

Die Vorrichtung ist gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung mobil. Die Vorrichtung kann verfahrbar auf einem Fahrzeug angeordnet sein, faltbar, aufblasbar oder sonstwie mobil gehalten werden. Damit wird die Vorrichtung für eine Vielzahl von Meßstellen einsetzbar.

Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung sind die Meßpunkte markant hervorgehoben. Die Anordnung kann phospho­ reszierend ausgestaltet sein, beispielsweise durch Beschich­ tung oder dergleichen, oder die Meßpunkte können vorzugsweise blinkende Lampen sein. Damit werden die Meßpunkte sehr exakt von dem Videosystem erfaßbar.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung wird die Vorrichtung relativ zu wenigstens einem Basispunkt im Erfassungsbereich positioniert. Vorteilhafter Weise werden eine Vielzahl von Basispunkten unveränderbar im Erfassungsbe­ reich der Videokamera angeordnet, beispielsweise im Boden in Form von verschließbaren Bohrungen oder dergleichen. An der Vorrichtung selbst können dann entsprechende korrespondieren­ de Positioniereinrichtungen angeordnet sein, beispielsweise Kegelstifte oder dergleichen. Dadurch wird gewährleistet, daß die Vorrichtung in einer fest definierten Position und Aus­ richtung relativ zur erfassenden Videokamera angeordnet ist. Hierdurch ergeben sich wirtschaftliche Vorteile, denn das Personal muß nur grob eingewiesen sein. Darüber hinaus wird die Sicherheit des Korrekturfaktorermittlungsverfahrens er­ heblich erhöht und verbessert.

Die Erfindung stellt eine einfach aufgebaute Vorrichtung zur exakten Kalibrierung der Videokamera bereit. Es kann auf auf­ wendige Kalibrierverfahren vollständig verzichtet werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 3 eine Detailansicht eines Eckpunktes gemäß Fig. 2 von un­ ten.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist ein Meß­ punktfeld 1 im Flugvorfeld im Bereich eines Flughafentermi­ nals gezeigt. Eine Flughafengebäudewand 2 liegt im Bereich einer Parkposition für ein Flugzeug. An der Gebäudewand 2 ist eine Videokamera 3 angeordnet. Diese Videokamera 3 dient dem Zweck, Videosignale zu liefern, aus welchen die Position ei­ nes einrollenden Luftfahrzeuges relativ zum Haltepunkt ermit­ telt wird. Aus dieser Position werden dann Korrekturanweisun­ gen hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit für das Flug­ zeug errechnet und der Flugzeugführung angezeigt.

Um die erfindungsgemäßen Einrichtungsverfahren durchführen zu können, wird auf der mit 4 bezeichneten Centerline ein Schlauchgitter 5 ausgerichtet. Das Schlauchgitter 5 läßt sich beispielsweise im zusammengefalteten Zustand in die Position bringen und mit Luft aufblasen. Die Luft kann beispielsweise aus einer Druckluftflasche 6 stammen, aber auch aus jeder an­ deren geeigneten Druckluftquelle. Als Meßpunkte sind an den Eckpunkten Lampen 7 angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich um blinkende Leuchten, vorzugsweise um LEDs. Diese lassen sich von der Videokamera sehr einfach detektieren, so daß das Korrekturfaktorermittlungsverfahren sehr exakt durchgeführt werden kann. Die Lampen werden aus nicht gezeigten Energie­ quellen gespeist. Die Abstände zwischen den Lampen 7, die al­ le in einem kartesischen, zweidimensionalen, also rechtwink­ ligen System angeordnet sind, sind exakt definiert. So kann die Kamera den Abstand a in Längsrichtung und den Abstand d in Querrichtung exakt erfassen. Aus den Abweichungen der aus den erfaßten Videosignalen errechneten Werten von den in den Rechner eingegebenen Werten des Meßpunktsystems lassen sich die Korrekturfaktoren ermitteln.

Es versteht sich von selbst, daß das Ausführungsbeispiel nur beispielhaft ist. Abwandlungen hinsichtlich der Anordnung der Meßpunkte, deren Ausgestaltung, der Aufblasbarkeit, der Falt­ barkeit und sonstiger die Mobilität betreffende Aspekte lie­ gen im Rahmen der Erfindung.

In Fig. 2 und 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel ge­ zeigt, wobei das Meßpunktfeld durch ein Meßfeldgitter 8 ge­ bildet ist. Dieses kann beispielsweise fluoreszierend ausge­ bildet sein. Wesentlich ist als Unterschied zu bemerken, daß an der Unterseite des Meßfeldgitters 8 Positionierkegel 9 in den Eckpunkten angeordnet sind. Auf dem Boden 11 des Erfas­ sungsbereiches sind Kegelbohrungen 10 angeordnet. Diese Ke­ gelbohrungen 10 können in üblicher Weise verschließbar ausge­ bildet sein. Das Meßfeldgitter 8 läßt sich somit exakt durch das Einsetzen der Positionierkegel 9 in die Basisbohrungen 10 ausrichten.

Claims (23)

1. Verfahren zur Ermittlung von Korrekturfaktoren für auf der Verarbeitung von Videosignalen basierenden Meßsysteme, wobei in einem Erfassungsbereich einer Videosignale liefernden Ka­ mera ein Feld von hinsichtlich relativer Positionswerte wie Winkellagen, Abständen und dergleichen festgelegten Meßpunk­ ten positioniert und von der Kamera detektiert wird, die Po­ sitionswerte einem Verarbeitungsrechner aufgegeben und aus den Abweichungen der detektierten und aufgegebenen Positions­ werte die Korrekturfaktoren ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Feld von Meßpunkten ein zweidimensionales Ko­ ordinatensystem verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Feld von Meßpunkten ein dreidimensionales Koordinatensystem verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten in einem kartesischen System angeordnet ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Feld von Meßpunkten ein Gitter verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Feld von Meßpunkten ein mobiles Feld verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Feld von Meßpunkten gegenüber dem Erfassungsbereich markant hervorgehobene Si­ gnalpunkte verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten gegenüber im Erfassungsbereich angeordneten Basispunkten aus­ gerichtet wird.

9. Vorrichtung zur Ermittlung von Korrekturverfahren für auf der Verarbeitung von Videosignalen basierenden Meßsysteme ge­ mäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in einem Erfassungsbe­ reich einer Videosignale liefernden Kamera positionierbares Feld von hinsichtlich relativer Positionswerte wie Winkella­ gen, Abständen und dergleichen festgelegten Meßpunkten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Feld von Meßpunkten zweidimensional ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Feld von Meßpunkten dreidimensional ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten ein kartesisches System ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten ein Gitter ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten mobil ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Feld von Meßpunkten verfahrbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten faltbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten aufblasbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte markant hervorgehoben sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßpunkte Lampen sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten wenigstens teilweise fluoreszierend ausgebildet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß das Feld von Meßpunkten Positionierelemente zur Anordnung an fest vorgegebenen Ba­ sispunkten im Erfassungsbereich aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Positioniereinrichtungen im wesentli­ chen stiftförmig sind, um mit am Boden des Erfassungsberei­ ches angeordneten Basispunkten zusammenzuwirken.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die stiftförmigen Positioniereinrichtun­ gen in verschließbare Öffnungen am Boden des Erfassungsbe­ reichs eingesetzt sind.