DE202011106021U1

DE202011106021U1 - Arrangement for determining the position of a measuring point in geometric space

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Publication number: DE202011106021U1
Application number: DE201120106021
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-25
Filing date: 2011-09-25
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-09-26

Abstract

Anordnung zur Bestimmung der Lage eines Meßpunktes M im geometrischen Raum, dadurch gekennzeichnet, dass eine Digital-Video-Kamera (K) und ein mit der Kamera (K) verbundener Computer© mit einem Bildschirm (B) vorgesehen ist zur Darstellung des von der Kamera (K) erfassten Bildes und zur Markierung von Bildpunkten, daß die Digital-Video-Kamera (K) eine gedachte optische Achse (A), ein Objektiv (O) und eine Bilderfassungsebene (BE) aufweist, wobei die durch das Zentrum (Z) des Objektivs (O) verlaufende optische Achse (A) senkrecht auf der Bilderfassungsebene (BE) steht, dass die Digital-Video-Kamera (K) an einem Referenzpunkt PI mit vorgebbaren Raumkoordinaten derart aufstellbar ist, dass dieser Referenzpunkt P1 mit dem Zentrum (Z) des Objektivs (O) übereinstimmt, daß die Digital-Video-Kamera (K) um den gedachten Zentrumspunkt (Z) des Objektivs (O) in wählbare Ausrichtpositionen PI*, PI** schwenkbar ist, daß in der ersten Ausrichtposition PI* der Digital-Video-Kamera (K) das von dieser erfasste Bild BO einen im...Arrangement for determining the position of a measuring point M in geometrical space, characterized in that a digital video camera (K) and a computer © connected to the camera (K) with a screen (B) are provided for displaying the data from the camera (K) captured image and for marking image points that the digital video camera (K) has an imaginary optical axis (A), an objective (O) and an image recording plane (BE), with the through the center (Z) of the lens (O) running optical axis (A) is perpendicular to the image acquisition plane (BE) that the digital video camera (K) can be set up at a reference point PI with predeterminable spatial coordinates such that this reference point P1 with the center (Z ) of the lens (O) agrees that the digital video camera (K) can be pivoted about the imaginary center point (Z) of the lens (O) in selectable alignment positions PI *, PI **, that in the first alignment position PI * the Digital video camera (K) from this e Image BO captured an im ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Vermessungstechnik, insbesondere auf eine vermessungstechnische Anordnung zur Bestimmung der Lage eines Meßpunktes in einem geometrischen Raum.The invention relates to the field of surveying, in particular to a surveying arrangement for determining the position of a measuring point in a geometric space.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist unter Ausnutzung z. Zt. verfügbarer Hard- und Software vorzugsweise im Nahbereich von 100 m mit einer Meßgenauigkeit von beispielsweise 1 cm bzw. einer Winkelgenauigkeit von 0,005 grad anwendbar. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zwei Referenzpunkte PI und PII mit bekannten Raumkoordinaten erforderlich. PII sollte weit entfernt von PI, dem Aufstellungsort für die Digital-Video-Kamera des Vermessungsgerätes, liegen. Der von PI aus anzupeilende im geometrischen Raum positionierte Meßpunkt M sollte innerhalb einer 100 m-Entfernung von PI liegen. Es sind auch größere Entfernungen (mehr als 100 m) denkbar mit geringeren Meßgenauigkeiten (> 1 cm).The arrangement according to the invention is taking advantage of z. Currently available hardware and software preferably in the vicinity of 100 m with a measurement accuracy of, for example, 1 cm or an angular accuracy of 0.005 degrees applicable. To carry out the method according to the invention, two reference points PI and PII with known spatial coordinates are required. PII should be located far away from PI, the site of the digital video camera of the surveying equipment. The measuring point M to be located in the geometric space to be tacked from PI should lie within a 100 m distance from PI. There are also larger distances (more than 100 m) conceivable with lower accuracy (> 1 cm).

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus,

a) dass nur eine Aufstellung des Vermessungsgerätes (in Meßposition PI) erforderlich ist. Durch dieses wird die Lage eines gedachten Strahls im geometrischen Raum ermittelt, der den zu vermessenden Meßpunkt M im geometrischen Raum mit dem Punkt PI verbindet. In diesem Fall ist die Lage des Meßpunktes M im geometrischen Raum nur durch die Angabe gekennzeichnet, dass der Meßpunkt irgendwo auf dem „Meßpunkt”-Strahl liegt, dessen Anordnung (Lage) im geometrischen Raum errechnet wird.
b) und dass die exakte Position des Meßpunktes M im geometrischen Raum bestimmt werden kann, wenn das Vermessungsgerät um einen Entfernungsmesser erweitert wird. Durch diesen Entfernungsmesser wird die Entfernung PI-M zwischen PI und dem Meßpunkt M ermittelt. Aus der berechneten Lage des „Meßpunkt”-Strahls im geometrischen Raum und aus der ermittelten Entfernung PI-M wird die exakte Position des Meßpunktes M im geometrischen Raum ermittelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jeder erfasste Punkt automatisch (computerprogrammgesteuert) protokollierbar, es ist flexibel und kostengünstig durchführbar.

The arrangement according to the invention is characterized

a) that only one installation of the surveying equipment (in measuring position PI) is required. Through this, the position of an imaginary ray in the geometric space is determined, which connects the measuring point M to be measured in the geometric space with the point PI. In this case, the position of the measuring point M in the geometric space is characterized only by the indication that the measuring point is somewhere on the "measuring point" beam whose arrangement (position) is calculated in the geometric space.
b) and that the exact position of the measuring point M in the geometric space can be determined when the surveying device is extended by a rangefinder. By this rangefinder, the distance PI-M between PI and the measuring point M is determined. The exact position of the measuring point M in the geometric space is determined from the calculated position of the "measuring point" beam in the geometric space and from the determined distance PI-M. In the method according to the invention, each detected point is automatically logged (computer program controlled), it is flexible and inexpensive to carry out.

Ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung zur Bestimmung der Lage eines Meßpunktes ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the arrangement for determining the position of a measuring point is shown in the drawings and will be described in more detail below. Show it:

1 eine isometrische Prinzipdarstellung für zwei im dreidimensionalen Raum liegenden Referenzpunkte PI und PII, deren Lage durch ihre kartesischen Koordinaten bestimmt ist 1 an isometric schematic diagram for two lying in three-dimensional space reference points PI and PII whose position is determined by their Cartesian coordinates

2 eine schematische Darstellung einer Vermessungsanordnung, welche aus einer Digital-Video-Kamera mit einem Bilderfassungsebene und einem Objektiv, einem Computer und einem Bildschirm besteht, wobei die Kamera an einem Referenzpunkt PI mit bekannten Raumkoordinaten aufstellbar ist mit einer bestimmten Ausrichtung PI* ihrer optischen Achse. Auf dem Bild der Video-Kamera ist ein im Raum angeordneter Referenzpunktes PII mit bekannten Raumkoordinaten abgebildet; 2 a schematic representation of a surveying arrangement, which consists of a digital video camera with an image capture plane and a lens, a computer and a screen, the camera at a reference point PI with known spatial coordinates can be set up with a specific orientation PI * of its optical axis. On the image of the video camera, a reference point PII arranged in space with known spatial coordinates is shown;

3A eine schematische Darstellung eines von der Kamera am Aufstellungsort P1 in Ausrichtung PI* aufgenommenen Bildes BO auf dem Bildschirm, auf welchem der im dreidimensionalen Raum liegende Referenzpunkt PII als PII' abgebildet ist; 3A a schematic representation of a captured by the camera at the site P1 in alignment PI * image BO on the screen, on which the three-dimensional space lying reference point PII is shown as PII ';

3B eine schematische Darstellung eines von der Kamera am Aufstellungsort PI in Ausrichtung PI* aufgenommenen Bildes B1 auf dem Bildschirm, auf welchem durch bestimmte Kriterien definierte Markierungspunkte abgebildet sind; 3B a schematic representation of a captured by the camera at the site PI in alignment PI * image B1 on the screen, on which defined by certain criteria marker points are displayed;

3C eine schematische Darstellung eines von der Kamera am Aufstellungsort PI in Ausrichtung PI** aufgenommenen Bildes B2. Im Bild B2 in 3C erscheinen nur bestimmte Markierungspunkte aus dem Bild B1 in 3B an verschobener Stelle auf dem Bildschirm. Diese Markierungspunkte werden FIX-Markierungspunkte genannt, weil ihre gegenseitige „raum”-winkelbezogene in Bild 2 die gleiche ist wie in Bild 1. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass die Punkte P1, P1' und P1'' einander entsprechen. Analoges gilt für P2, P2', P2'' usw. Desweiteren ist in der Bildschirmdarstellung B2 (3C) ein im Raum liegender Meßpunkt M als M' abgebildet, dessen Lage im Raum zu bestimmen ist. 3C a schematic representation of a captured by the camera at the site PI in alignment PI ** image B2. In picture B2 in 3C only certain marking points appear from the picture B1 in 3B in a shifted position on the screen. These landmarks are called FIX landmarks because their mutual "space" angle relatedness in Figure 2 is the same as in Figure 1. In this context, it should be noted that the points P1, P1 'and P1 "correspond to each other. The same applies to P2, P2 ', P2 ", etc. Furthermore, in the screen representation B2 (FIG. 3C ) imaged a measuring point M lying in space as M 'whose position is to be determined in space.

3D eine schematische Darstellung der Überlagerung des Bildes B1 gemäß 3B mit dem Bild B2 gemäß 3C (ohne Berücksichtigung der Abbildung M' des Meßpunktes M. 3D a schematic representation of the superposition of the image B1 according to 3B with the image B2 according to 3C (without consideration of the map M 'of the measuring point M.

4A eine schematische Darstellung der Bildschirmebene für Positionsangaben in kartesischen x-y Koordinaten bzw. in Winkelkoordinaten. 4A a schematic representation of the screen level for position information in Cartesian xy coordinates or in angle coordinates.

4B eine schematische Hilfsdarstellung zur Eichung der Bildschirmdarstellung gemäß 4A in Winkelkoordinaten. 4B a schematic auxiliary representation for calibration of the screen according to 4A in angular coordinates.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf einen geometrischen Raum, der durch kartesische x-y-z Koordinaten gekennzeichnet ist.The embodiment of the invention relates to a geometric space characterized by Cartesian x-y-z coordinates.

Grundsätzlich bezieht sich die Erfindung auch auf geometrische Räume, die durch andere als die kartesischen Koordinaten strukturiert sind sind.Basically, the invention also relates to geometric spaces that are structured by other than the Cartesian coordinates.

Es wird darauf hingewiesen, dass es bekannt ist, Koordinatensysteme zu transformieren. It should be noted that it is known to transform coordinate systems.

Außerdem sei zum leichteren Verständnis der Beschreibung der Erfindung bemerkt, dass es mathematisch bekannt ist,

a) die Lage eines gedachten Strahles im dreidimensionalen Raum aus den x-y-z Koordinaten zweier Punkte zu ermitteln, welche auf diesem Strahl liegen und
b) aus der bekannten Lage eines Strahls im dreidimensionalen Raum auf dem ein erster Punkt G (nicht dargestellt) mit bekannten Raum-Koordinaten liegt, und aus den bekannten x-y-Bildschirm-Koordinaten der optisch bewirkten Abbildung eines zweiten Raumpunktes H (nicht dargestellt) unbekannter Raumkoordinaten in einer Bildschirmebene die Lage des Strahls im dreidimensionalen Raum zu errechnen, welcher die Punkte G und H passiert.

Furthermore, for ease of understanding the description of the invention, it should be noted that it is mathematically known

a) to determine the position of an imaginary ray in three-dimensional space from the xyz coordinates of two points which lie on this ray and
b) from the known position of a beam in three-dimensional space on which a first point G (not shown) with known spatial coordinates is located, and from the known xy screen coordinates of the optically effected mapping of a second space point H (not shown) unknown Space coordinates in a screen plane to calculate the position of the beam in three-dimensional space, which passes the points G and H.

1 zeigt eine isometrische Prinzipdarstellung für zwei im dreidimensionalen Raum D liegende Referenzpunkte PI und PII, deren Lage durch ihre kartesischen Koordinaten x1, y1, z1 bzw. x2, y2 z3 bestimmt ist. 1 shows an isometric schematic diagram for two lying in the three-dimensional space D reference points PI and PII whose position is determined by their Cartesian coordinates x1, y1, z1 and x2, y2 z3.

Weitere im Zusammenhang mit der Erklärung der Erfindung erwähnten Raumpunkte sind in der Darstellung gemäß 1 aus Übersichtsgründen nicht wiedergegeben.Other spatial points mentioned in connection with the explanation of the invention are shown in the illustration 1 not shown for clarity.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vermessungsanordnung, welche eine Digital-Video-Kamera K mit einer Bilderfassungsebene BE und einem Objektiv O, einen Computer C und einen Bildschirm B umfasst. Kamera K, Computer C und Bildschirm B sind miteinander verbunden. Die Kamera K ist so aufgestellt, dass das optische Zentrum Z ihrer Optik (O) mit einem Referenzpunkt PI mit vorgebbaren x y z Raumkoordinaten zusammenfällt. Sie ist in einer bestimmten Ausrichtung PI* derart ausgerichtet, dass ein im Raum angeordneter Referenzpunktes PII mit bekannten Raumkoordinaten als Bildpunkt PII' im Bild BO auf dem Bildschirm B abgebildet wird. Die Kamera umfasst einen Bildsensorchip mit einer Bilderfassungsebene. Die Bilderfassungsebene BE wie auch der Bildschirm B der Kamera K besteht aus adressierbaren rasterartig angeordneten Pixels (Bildpunktpositionen). Die optische Achse der Kamera K verläuft durch das Zentrum Z des Objektivs O und steht im Punkt PZ senkrecht auf der Bilderfassungsebene BE. Der Bildschirm B des Computers C dient der Darstellung des in der Bilderfassungsebene erfassten Kamerabildes und zur Markierung von Bildpunkten. 2 shows a schematic representation of a surveying arrangement comprising a digital video camera K with an image capture plane BE and a lens O, a computer C and a screen B. Camera K, computer C and screen B are interconnected. The camera K is set up so that the optical center Z of its optics (O) coincides with a reference point PI with specifiable xyz spatial coordinates. It is oriented in a specific orientation PI * in such a way that a reference point PII arranged in space with known spatial coordinates is imaged on the screen B as a pixel PII 'in the image BO. The camera includes an image sensor chip with an image capture plane. The image capture plane BE as well as the screen B of the camera K consists of addressable grid-like arranged pixels (pixel positions). The optical axis of the camera K passes through the center Z of the lens O and is perpendicular to the image capture plane BE at the point PZ. The screen B of the computer C serves to display the camera image captured in the image capture plane and to mark pixels.

Die Bildschirmdarstellung BO gemäß 2 bzw. BO in 3A bezieht sich auf einen Aufstellungsort der Kamera K, bei dem der Referenzpunkt PI (mit vorgebbaren x y z Raumkoordinaten) mit dem Zentrum Z des Objektivs O übereinstimmt. In dieser Aufstellungsposition nimmt die Kamera eine derartige Schwenkposition PI* ein, dass der im dreidimensionalen Raum liegende Referenzpunkt PII (mit bekannten x y z Raumkoordinaten) auf dem Bildschirm im Bild BO als PII'-Punkt wiedergegeben wird.The screen display BO according to 2 or BO in 3A refers to a location of the camera K, in which the reference point PI (with specifiable xyz space coordinates) coincides with the center Z of the lens O. In this installation position, the camera assumes such a pivot position PI * that the reference point PII (with known xyz space coordinates) lying in three-dimensional space is displayed on the screen in the picture BO as a PII 'point.

Für die Ausrichtung der Kamera in eine bestimmte Ausrichtposition (hier PI*) wird die Kamera K quasi um den Punkt Z im Zentrum ihres Objektivs geschwenkt.For the orientation of the camera in a specific alignment position (here PI *), the camera K is almost pivoted about the point Z in the center of their lens.

3A zeigt nochmals die schematische Darstellung des von der Kamera am Aufstellungsort PI in Ausrichtung PI* aufgenommenen Bildes BO, auf welchem der im dreidimensionalen Raum liegende Referenzpunkt PII als PII' abgebildet ist. In der Bildmitte liegt die Abbildung des Punktes PZ, auf welchem die optische Achse senkrecht auf der Bilderfassungsebene BE steht. Der Punkt PII' ist vom Punkt PZ um den Wert d beabstandet. Die Lage des Punktes PII' gegenüber der Bildmitte PZ in der x y Bildschirmebene ist durch die horizontale und vertikale Abstandskomponente dx und dy gekennzeichnet. 3A again shows the schematic representation of the camera in place PI in orientation PI * recorded image BO, on which the lying in three-dimensional space reference point PII is shown as PII '. In the center of the image is the image of the point PZ, on which the optical axis is perpendicular to the image capture plane BE. The point PII 'is spaced from the point PZ by the value d. The position of the point PII 'with respect to the image center PZ in the xy screen plane is characterized by the horizontal and vertical distance components dx and dy.

3B zeigt eine schematische Darstellung eines von der Kamera am Aufstellungsort PI in Ausrichtung PI* aufgenommenen Bildes B1 auf dem Bildschirm, in welchem sogenannte Markierungspunkte z. B. als kleine Leuchtpunkte P1', P2', P3', P4', P5', .... kenntlich gemacht sind. Die Kennzeichnung der Markierungspunkte wird computerprogrammgesteuert vorgenommen. Das Programm wählt dabei in dem von der Kamera K aufgenommenen Bild jene Punkte als Markierungspunkte P1', P2', P3', P4', P5' aus, die durch starke Sprünge im Helligkeitsverlauf des Bildes gekennzeichnet sind. Derartige Programme mit einer solchen Funktion sind aus der computerprogrammgesteuerten Mustererkennung bekannt (Beispiel:
„Canny-Algorithmus”. Dieser Canny-Algorithmus – siehe auch unter Canny-Algorithmus im INTERNET unter „Wikipedia”/freie Enzyklopedie – ist ein in der digitalen Bildverarbeitung weit verbreiteter Algorithmus zur Kantendetektion. Er liefert ein Bild, welches idealerweise nur noch die Kanten des Ausgangsbildes enthält). 3B shows a schematic representation of a captured by the camera at the site PI in alignment PI * image B1 on the screen, in which so-called marker points z. B. as small luminous points P1 ', P2', P3 ', P4', P5 ', .... are indicated. The marking of the marking points is carried out under computer program control. The program selects in the image taken by the camera K, those points as marking points P1 ', P2', P3 ', P4', P5 ', which are characterized by strong jumps in the brightness of the image. Such programs with such a function are known from computer program controlled pattern recognition (example:
"Canny edge detector". This Canny algorithm - see also the Canny algorithm on the INTERNET under "Wikipedia" / free encyclopedia - is an algorithm widely used in digital image processing for edge detection. It delivers an image, which ideally contains only the edges of the original image).

Üblicherweise wird je nach vorliegender Gegebenheit auf einem Bildschirmbild eine große Zahl (mitunter hunderte oder mehr) solcher Markierungspunkte erfasst. Aus Übersichtsgründen wurden in der Darstellung gemäß 3B nur die Abbildungen (P1', P2', .. P5') für fünf solcher Markierungspunkte angegeben. Für jeden Markierungspunkt P1', P2', P3', P4', P5' sind dessen auf PZ in Bildmitte der Darstellung B1 in 3A bezogene Bildschirmkoordinaten (für P1' mit dx1 und dy1 gekennzeichnet) computerprogrammgesteuert verfügbar.Usually, depending on the present situation, a large number (sometimes hundreds or more) of such marking points are recorded on a screen image. For reasons of clarity were in the presentation according to 3B only the figures (P1 ', P2', .. P5 ') are given for five such marking points. For each marking point P1 ', P2', P3 ', P4', P5 'are those on PZ in the center of the image B1 in 3A related screen coordinates (labeled dx1 and dy1 for P1 ') are computer programmatically available.

Diese Markierungspunkte P1', P2', P3', P4', P5' können als Abbildungen imaginärer gedachter Raumpunkte P1, P2, P3, P4, P5 auf der Bilderfassungsebene bzw auf dem entsprechenden Bildschirmbild B1 interpretiert werden. Dabei sind die Raumkoordinaten dieser imaginären gedachten Raumpunkte P1, P2, P3, P4, P5 unbekannt. These marker points P1 ', P2', P3 ', P4', P5 'can be interpreted as images of imaginary imaginary spatial points P1, P2, P3, P4, P5 on the image capture plane or on the corresponding screen image B1. The spatial coordinates of these imaginary imaginary space points P1, P2, P3, P4, P5 are unknown.

Zunächst erfolgt computerprogrammgesteuert die Berechnung der Lage der optischen Achse A für folgende Kamera-Position PI/PI*:
Dabei bezeichnet PI den Aufstellungsort, d. h., der Referenzpunkt PI, dessen x, y, z-Koordinaten bekannt sind, stimmt mit dem Zentrum Z der Optik O der Kamera K überein. Für diesen Aufstellungsort PI nimmt die Kamera K die die Ausrichtungs-Position PI* ein.First, computer-controlled the calculation of the position of the optical axis A for the following camera position PI / PI *:
Here, PI designates the site, ie, the reference point PI whose x, y, z coordinates are known, coincides with the center Z of the lens O of the camera K. For this site PI, the camera K will take the registration position PI *.

Für diese Positionierung PI/PI* der Kamera K wird der Verlauf ihrer optischen Achse A im dreidimensionalen Raum computerprogrammgesteuert berechnet. Diese Berechnung erfolgt unter Vorgabe der x-y-z Koordinaten der Referenzpunkte PII und PI und aus den gemäß 3A vorliegenden Abstandskomponenten dx und dy zwischen PZ und PII'. Diese Angaben reichen für die Lageberechnung der optischen Achse der Kamera in der Position PI/PI* aus.For this positioning PI / PI * of the camera K, the course of its optical axis A in three-dimensional space is computed by computer program. This calculation is performed by specifying the xyz coordinates of the reference points PII and PI and from the according to 3A present distance components dx and dy between PZ and PII '. This information is sufficient for the position calculation of the optical axis of the camera in the position PI / PI *.

3C zeigt eine schematische Darstellung eines von der Kamera am Aufstellungsort PI in Ausrichtung PI** aufgenommenen Bildes B2 auf dem Bildschirm. In diesem Bild B2 (3C) erscheinen u. a. nur noch die Abbildungen P1'', P2'', P3'' der gedachten Markierungspunkte P1, P2, P3. Diese Abbildungen P1'', P2'', P3'' sind jedoch gegenüber den Abbildungen P1', P2', P3' in Bild B1 (3B) der gedachten Markierungspunkte P1, P2 und P3 auf der Bildschirmfläche verschoben. 3C shows a schematic representation of a captured by the camera at the installation site PI in alignment PI ** image B2 on the screen. In this picture B2 ( 3C ) only the images P1 ", P2", P3 "of the imaginary marking points P1, P2, P3 appear. However, these maps P1 '', P2 '', P3 '' are opposite to the figures P1 ', P2', P3 'in Figure B1 ( 3B ) of the imaginary marker points P1, P2 and P3 are shifted on the screen area.

3D zeigt eine schematische Darstellung der Überlagerung der Bildschirmdarstellung B1 gemäß 3B mit der Bildschirmdarstellung B2 gemäß 3C zur Erläuterung der Markierungspunkte. Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, dass sich die Abbildungen P1', P2', P3' ( gemäß Bild B1 für eine Ausrichtposition PI* der Kamera K) der FIX-Markierungspunkte P1, P2 und P3 gegenüber ihren Abbildungen P1'', P2'', P3'' (gemäß Bild B2 für eine Ausrichtposition P** der Kamera x) in der Bildschirmebene verschoben haben. 3D shows a schematic representation of the superposition of the screen display B1 according to 3B with the screen representation B2 according to 3C to explain the marking points. From this representation, it can be seen that the images P1 ', P2', P3 '(in accordance with FIG. B1 for an alignment position PI * of the camera K) of the FIX marking points P1, P2 and P3 are opposite their images P1 ", P2'. ', P3''(according to Figure B2 for an alignment position P ** of the camera x) have moved in the screen plane.

Abbildungen der gedachten Markierungspunkte P4 und P5 (im Bild B1 gemäß 3B noch mit P4' und P5' bezeichnet) tauchen in Bild B2 – computerprogrammgesteuert bewirkt – nicht mehr auf, d. h., sie wurden unterdrückt, weil in Bild B2 gemäß 3C nur die Abbildungen (P1'', P2'', P3'') bestimmter Markierungspunkte (P1, P2, P3) auftreten, die das Kriterium für sogenannte FIX-Markierungs-Punkte erfüllen. Die imaginären Markierungspunkte P1, P2 und P3 sind solche FIX-Markierungspunkte, weil ihre Abbildungen P1', P2', P3' im Bild B1 gemäß 3B im Vergleich zu ihren Abbildungen P1'', P2'', P3'' im Bild B2 gemäß 3C die gleiche gegenseitige winkelbezogene Abweichung aufweisen (unabhängig von ihrer „Verschiebung” auf der Bildschirmfläche).Illustrations of the imaginary marking points P4 and P5 (in Fig. B1 according to 3B still denoted by P4 'and P5') no longer appear in image B2 - effected by computer program control - ie they were suppressed because in image B2 according to 3C only the mappings (P1 '', P2 '', P3 '') of certain marker points (P1, P2, P3) that fulfill the criterion for so-called FIX marker points occur. The imaginary marker points P1, P2 and P3 are such FIX marker points because their mappings P1 ', P2', P3 'in the image B1 in FIG 3B in comparison to their images P1 ", P2", P3 "in the image B2 according to FIG 3C have the same mutual angular deviation (regardless of their "displacement" on the screen).

Unter dieser winkelbezogenen Abweichung ist folgendes zu verstehen:
Die in B1 gemäß 3B und in Bild B2 gemäß 3C schematisch angedeuteten durch die Eckpunkte P1', P2', P3' bzw. P1'', P2'', P3'' gekennzeichneten Dreiecke werden bei einer Verschiebung auf der Bildschirmfläche je nach ihrer Entfernung zum Punkt PZ lagebezogene Verzerrungen aufweisen. FIX-Markierungspunkte können deshalb nicht durch eine solche Dreiecksfläche definiert werden. Das Kriterium für die FIX-Markierungspunkte P1, P2 und P3 bestimmt,
dass ihre Abbildungen P1', P2' und P3' zueinander die gleichen Winkelabweichungen aufweisen wie ihre Abbildungen P1'', P2'' und P3''.This angle-related deviation is to be understood as follows:
The in B1 according to 3B and in Fig. B2 according to 3C schematically indicated by the vertices P1 ', P2', P3 'and P1'',P2'',P3''marked triangles will have position-related distortions in a shift on the screen depending on their distance to the point PZ. Therefore, FIX markers can not be defined by such a triangular area. The criterion for the FIX marker points P1, P2 and P3 determines
that their images P1 ', P2' and P3 'to each other have the same angular deviations as their pictures P1'',P2''andP3''.

Dem gedachten FIX-Markierungspunkt P1 ist seine Abbildung P1' in Bild B1 und seine Abbildung P1'' in Bild B2 zugeordnet; dem FIX-Markierungspunkt P2 sind seine Abbildung P2' bzw. P2'' zugeordnet usw.The imaginary FIX marker P1 is assigned its image P1 'in image B1 and its image P1 "in image B2; the FIX marker P2 are assigned its mapping P2 'or P2' ', etc.

Die Abbildungen P1', P2', P3' (der gedachten FIX-Markierungspunkte P1, P2, P3) in Bild B1 und die Abbildungen P1'', P2'', P3'' (der gedachten FIX-Markierungspunkte P1, P2, P3) in Bild B2 werden computerprogrammgesteuert einander zugeordnet, damit keine Verwechselungen auftreten können. Für eine solche Zuordnung stehen bekannte Computerprogramme zur Verfügung (z. B. solche, die nach der sogenannten Lucas-Kanade-Methode arbeiten. Diese Lucas-Kanade-Methode – siehe auch unter „Lucas-Kanade-Methode” im INTERNET unter „Wikipedia”/freie Enzyklopedie – beruht auf der Grundgleichung des optischen Flusses).The images P1 ', P2', P3 '(the imaginary FIX marker points P1, P2, P3) in Figure B1 and the figures P1' ', P2' ', P3' '(the imaginary FIX marker points P1, P2, P3 ) in Fig. B2 are assigned to each other under computer program control so that no confusion can occur. Known computer programs are available for such an assignment (eg those which operate according to the so-called Lucas-Kanade method) This Lucas-Kanade method - see also under "Lucas-Kanade method" in the INTERNET under "Wikipedia" / free encyclopedia - based on the basic equation of the optical flow).

Die Bilderfassungsebene BE kann gemäß den Darstellungen in 4A und 4B und den dazugehörigen Erläuterungen sowohl in kartesischen oder in Winkelkordinaten geeicht sein.The image capturing plane BE can, according to the representations in 4A and 4B and the associated explanations be calibrated in Cartesian or in angular coordinates.

Den kartesischen Koordinaten liegen die auf einen Ursprung (hier PZ) bezogenen x bzw. y-Komponenten einer Punkt-Abbildung zugrunde.The Cartesian coordinates are based on an origin (here PZ) related x or y components of a point mapping.

Bei einer Winkeleichung der Bilderfassungsebene BE wird die Lage dieses Punktes auf den Winkel bezogen, der zwischen der optischen Achse (sie verläuft durch Z und PZ) und einem durch Z und diesem Punkt verlaufenden Strahl gebildet wird. Für diesen Winkel werden zwei Winkel-Komponentenwerte gebildet, die den kartesischen Komponenten x bzw. y entsprechen.In an angular calibration of the image capture plane BE, the position of this point is related to the angle formed between the optical axis (passing through Z and PZ) and a ray passing through Z and this point. For this angle, two angle component values corresponding to the Cartesian components x and y are formed.

Mit anderen Worten: Für z. B. zwei voneinander entfernt in der Bilderfassungsebene BE bzw der Bildschirmebene liegende Punkte kann der Abstand dieser Punkte durch ihre Winkeldifferenzwerte (Winkelabweichungen) definiert werden. In other words: For z. If, for example, two points remote from one another in the image capture plane BE or the screen plane, the distance of these points can be defined by their angle difference values (angular deviations).

D. h. z. B., dass für beide imaginären FIX-Markierungspunkte P1 und P2 die Winkelabweichung zwischen ihren Abbildungen und P2' (im Bild B1 gemäß 3B) die gleiche ist wie die Winkelabweichung zwischen ihren Abbildungen P1'' und P2'' (im Bild B2 gemäß 3C).That is, for example, that for both imaginary FIX landmarks P1 and P2, the angular deviation between their mappings and P2 '(in image B1 in FIG 3B ) is the same as the angular deviation between its mappings P1 '' and P2 '' (in Fig. B2 according to Figs 3C ).

Für jeden dieser imaginären FIX-Markierungspunkte P1, P2 und P3 wird aus deren Abbildungen P1', P2', P3' in Bild B1 gemäß 3B aus dessen Bildschirmkomponenten z. B. d1x, d1y für P1', bezogen auf den Punkt PZ und aus dem zuvor errechneten Verlauf der optischen Achse A für die Ausrichtposition P1* der Digital-Video-Kamera die Verlaufsrichtung eines gedachten im dreidimensionalen Raum verlaufenden Strahls als sogenannter Verlaufsanfangswert ermittelt wird, auf dem ein solcher FIX-Markierungspunkt und der Referenzpunkt PI liegen.For each of these imaginary FIX marker points P1, P2 and P3, their maps P1 ', P2', P3 'in FIG 3B from the screen components z. B. d1x, d1y for P1 ', based on the point PZ and from the previously calculated course of the optical axis A for the alignment position P1 * of the digital video camera, the course of an imaginary running in three-dimensional space beam is determined as a so-called initial gradient value, on which such a FIX marker point and the reference point PI lie.

Für das erfindungsgemäße Verfahren müssen mindestens zwei FIX-Markierungspunkte vorliegen.For the process according to the invention, at least two FIX marking points must be present.

Desweiteren erfolgt die computerprogrammgesteuerte Errechnung des Verlaufs der optischen Achse im dreidimensionalen Raum für die Digital-Video-Kamera R in der Ausrichtposition PI** aus dem winkelbezogenen Verschiebungswert zwischen den Abbildungen P1' und P1'' des FIX-Markierungspunktes P1 und dem Verlaufsanfangswert dieses Markierungspunktes P1.Furthermore, the computer program-controlled calculation of the optical axis in three-dimensional space for the digital video camera R in the alignment position PI ** is performed from the angle-related displacement value between the images P1 'and P1 "of the FIX marker P1 and the history initial value of this marker P1.

Höhere Genauigkeiten können erreicht werden, wenn eine computerprogrammgesteuerte Berechnung eines Mittelwertes aus den winkelbezogenen Verschiebungswerten für mehrere FIX-Markierungspunkte erfolgt,
wobei für jeden FIX-Markierungspunkt (P1, P2, P3) der Verschiebungswert als Verschiebung seines Abbildungspunktes P1', P2, P3 in Bildschirmdarstellung B1 zu seinem Abbildungspunkt P1'', P2'', P3'' in Bildschirmdarstellung B2 definiert ist und wobei der Errechnung des Verlaufs der optischen Achse im dreidimensionalen Raum für die Digital-Video-Kamera K in der Ausrichtposition P2** dieser Mittelwert zugrunde gelegt wird.Greater accuracies can be achieved if a computer-aided calculation of an average of the angle-related displacement values for several FIX marker points takes place,
wherein for each FIX marker point (P1, P2, P3) the shift value is defined as a shift of its imaging point P1 ', P2, P3 in screen B1 to its imaging point P1 ", P2", P3 "in screen B2, and wherein the Calculation of the course of the optical axis in three-dimensional space for the digital video camera K in the alignment position P2 ** is based on this average value.

Durch die Mittelwertbildung können Störeinflüsse (z. B. durch Rauschen bedingt) minimiert werden.Due to the averaging, disturbing influences (eg due to noise) can be minimized.

Desweiteren ist in der Bildschirmdarstellung B2 ein im Raum liegender Meßpunkt M als M' abgebildet, dessen Lage im Raum wie folgt ermittelt wird:
computerprogrammgesteuerte Bestimmung der horizontalen mh und vertikalen mv Koordinatenabweichung von der Abbildung M' bezogen auf PZ, und Errechnung der Lage eines gedachten Strahles im dreidimensionalen Raum auf dem der Meßpunkt M und der Referenzpunkt PI liegen aus der bereits errechneten Lage der optischen Achse für die Digital-Video-Kamera K in der Ausrichtposition PI** und aus den Koordinatenabweichungen mh und mv.Furthermore, in screen display B2, a measurement point M lying in space is mapped as M ', whose position in space is determined as follows:
Computer program-controlled determination of the horizontal mh and vertical mv coordinate deviation from the image M 'with respect to PZ, and calculation of the position of an imaginary beam in the three-dimensional space on the measuring point M and the reference point PI are from the already calculated position of the optical axis for the digital Video camera K in the alignment position PI ** and from the coordinate deviations mh and mv.

Es kann nicht nur die Lage eines gedachten Strahls im geometrischen Raum ermittelt werden, auf dem ein Meßpunkt M und das Zentrum Z des Objektivs der Digital-Video-Kamera K liegen. Es ist auch möglich, die absoluten Raumkoordinaten dieses Meßpunktes computerprogrammgesteuert zu bestimmen. Hierzu muß zusätzlich zu der Lage des gedachten Strahls auch die Entfernung von Zentrum Z des Objektivs (bzw. von der Aufstellungsposition PI der Kamera K) zum Referenzpunkt PII bekannt sein. Diese Entfernung ist leicht durch einen Entfernungsmesser, z. B. einem Laser-Entfernungsmesser, erfassbar. Unter Vorgabe des Entfernungswertes werden dann computerprogrammgesteuert aus der bekannten Lage des gedachten Strahls und dem Entfernungswert die Raumkoordinaten des Meßpunktes berechnet.Not only the position of an imaginary ray in the geometric space can be determined, on which a measuring point M and the center Z of the objective of the digital video camera K lie. It is also possible to determine the absolute spatial coordinates of this measuring point computer program controlled. For this purpose, in addition to the position of the imaginary beam, the distance from the center Z of the objective (or from the positioning position PI of the camera K) to the reference point PII must also be known. This distance is easy by a rangefinder, z. B. a laser rangefinder detectable. Under specification of the distance value, the spatial coordinates of the measuring point are then calculated computer program-controlled from the known position of the imaginary beam and the distance value.

Der Entfernungsmesser ist vorzugsweise zusammen mit der Kamera schwenkbar angeordnet. Dabei korreliert seine Achse mit dem Verlauf der optischen Achse der Kamera K. Für Abweichungen im Verlauf beider Achsen erfolgt computerprogrammgesteuert ein Parallaxenausgleich.The rangefinder is preferably pivotally arranged together with the camera. In this case, its axis correlates with the course of the optical axis of the camera K. For deviations in the course of both axes computer-controlled parallax compensation.

Bei der Positionierung der Digital-Video-Kamera K auftretende Abweichungen des Referenzpunktes PI von dem Zentrum Z des Objektivs O werden durch an sich bekannte meßtechnische Verfahren als Abweichungswerte erfasst, Mit diesen Abweichungswerten erfolgt eine computerprogrammgesteuerte Korrekturberechnung dahingehend, als wäre die Digital-Video-Kamera K richtig in Übereinstimmung des Referenzpunktes PI mit dem Zentrum Z des Objektivs O positioniert.In the positioning of the digital video camera K occurring deviations of the reference point PI from the center Z of the lens O are detected by known measurement techniques as deviation values, With these deviation values is a computer program controlled correction calculation to the effect as if the digital video camera K correctly positioned in accordance with the reference point PI with the center Z of the lens O.

Vergleichbare Korrekturberechnungen sind unter der Bezeichnung Parallaxenausgleich bekannt.Comparable correction calculations are known as parallax compensation.

Die Digital-Video-Kamera K weist eine Digital-Zoom-Funktion auf. Bei der computerprogrammgesteuerten Erfassung von Abbildungspunkten auf dem Bildschirm B werden ausgewählte Bildbereiche gezoomt vergrößert dargestellt. in der vergrößert dargestellten Abbildung eines Raum-Punktes ist erfindungsgemäß eine auswählbare Zielstelle innerhalb dieser Abbildung entsprechend dem Bildschirmrasters markierbar. Hierdurch ist eine genauere Ziel-Markierung möglich.The digital video camera K has a digital zoom function. In computer program-controlled acquisition of imaging points on the screen B, selected image areas zoomed zoomed displayed. in the enlarged illustration of a space point according to the invention is a selectable target location within this figure according to the Screen rasters can be marked. This allows for more accurate targeting.

Die Einstellung der Digital-Video-Kamera K in eine Ausrichtposition (PI*, PI**) erfolgt über eine Bildschirmsteuerung. Dabei wird die aktuelle Ausrichtung der Digital-Video-Kamera K auf einem Bildschirm dargestellt und durch vorgebbare Steuerdaten zur Erreichung der Ziel-Ausrichtposition (PI*, PI**) beeinflusst.The adjustment of the digital video camera K in an alignment position (PI *, PI **) via a screen control. The current orientation of the digital video camera K is displayed on a screen and influenced by predefinable control data to achieve the target alignment position (PI *, PI **).

Es wurde bereits erwähnt, dass die x-y-z-Koordinaten des Referenzpunktes PI vorgebbar sind. Diese Vorgabe kann auf die unterschiedlichste Art erfolgen:
Beispielsweise können die x-y-z-Koordinaten für einen vorbekannten Referenzpunkt bereits bekannt sein; sie können durch bekannte „klassische” Methoden der Vermessungstechnik ermittelt werden. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß für die Vorgabe der xyz Koordinaten des Referenzpunktes PI ein Empfänger für ein Navigations-Satelliten-System benutzt. Bei Abweichungen eines nicht auf den Schwenkpunkt PI der Kamera ausgerichteten Empfängers erfolgt eine computerprogrammgesteuerte Korrekturberechnung dahingehend, als wäre der Empfänger auf den Schwenkpunkt PI der Kamera ausgerichtet.It has already been mentioned that the xyz coordinates of the reference point PI can be specified. This specification can be made in many different ways:
For example, the xyz coordinates for a previously known reference point may already be known; they can be determined by known "classical" methods of surveying. Preferably, according to the invention, a receiver for a navigation satellite system is used for specifying the xyz coordinates of the reference point PI. In the event of deviations of a receiver which is not aimed at the pivot point PI of the camera, a computer program-controlled correction calculation takes place as if the receiver were aligned with the pivot point PI of the camera.

Erfindungsgemäß kann die Anordnung, welche die Kamera K, den Computer C und den Bildschirm B umfasst, mit einer Bildkamera mit dreidimensionalen Bilderfassungssensor gekoppelt werden. Diese Kopplung bezweckt, dass computerprogrammgesteuert

a) das von der 3 D Kamera aufgenommene Bild für eine „ungenau” gemessene Entfernung (gemessen durch einen „ungenauen” Entfernungsmesser der 3 D Kamera) auf eine „genauer” gemessene Entfernung (gemessen durch den „genaueren” Entfernungsmesser der erfindungsgemäßen Anordnung) bezogen wird und/oder
b) daß die relativen Bilddaten für das durch die 3 D Kamera mit dem dreidimensionalen Bilderfassungssensor erfasste Bild, auf die absoluten für einen Meßpunkt M des Objektes ermittelten Raumkoordinaten bezogen werden.

According to the invention, the arrangement comprising the camera K, the computer C and the screen B can be coupled to an image camera having a three-dimensional image detection sensor. This coupling aims to be computer-programmable

a) the image taken by the 3-D camera for an "inaccurately" measured distance (measured by an "inaccurate" 3-D camera rangefinder) to a "more accurately" measured distance (measured by the "more accurate" rangefinder of the inventive arrangement) will and / or
b) that the relative image data for the image acquired by the 3-D camera with the three-dimensional image acquisition sensor, are related to the absolute spatial coordinates determined for a measurement point M of the object.

4A zeigt eine schematische Darstellung der Bildschirmfläche für Positionsangaben in kartesischen x-y Koordinaten und in Winkelkoordinaten. 4A shows a schematic representation of the screen area for position information in Cartesian xy coordinates and in angle coordinates.

4B zeigt eine schematische Hilfsdarstellung zur Eichung der Bildschirmdarstellung gemäß 4A in Winkelkoordinaten. 4B shows a schematic auxiliary representation for calibration of the screen according to 4A in angular coordinates.

Die Bildschirmebene (4A) ist in kartesischen und in Winkelkordinaten geeicht. Den kartesischen Koordinaten liegen die auf einen Ursprung (hier PZ) bezogenen x bzw. y-Komponenten xF' bzw. yF' einer Punkt-Abbildung (z. B. F') zugrunde.The screen level ( 4A ) is calibrated in Cartesian and in angular coordinates. The Cartesian coordinates are based on the x and y components xF 'and yF', respectively, of an origin (here PZ) of a point mapping (eg F ').

Bei einer Winkeleichung (in grad) wird die Lage dieses Punktes F' auf den Winkel bezogen, der zwischen der optischen Achse (sie verläuft in 2 durch Z und PZ) und
einem durch Z und F' verlaufenden Strahl liegt. Für diesen Winkel werden zwei Winkel-Komponentenwerte gebildet, die den kartesischen Komponenten xF' bzw. yF' entsprechen.In an angular calibration (in degrees) the position of this point F 'is related to the angle between the optical axis (it runs in 2 through Z and PZ) and
a beam passing through Z and F '. For this angle, two angle component values are formed which correspond to the Cartesian components xF 'and yF', respectively.

Für z. B. zwei voneinander entfernt in der Bildschirmebene liegende Punkte kann der Abstand dieser Punkte durch ihre Winkeldifferenzwerte (Winkelabweichungen) definiert werden.For z. For example, if two points are located apart from each other in the screen plane, the distance of these points can be defined by their angle difference values (angular deviations).

4B zeigt eine schematische Hilfsdarstellung zur Eichung der Bildschirmdarstellung gemäß 4A in Winkelkoordinaten. Eine zunächst nur in kartesischen Koordinaten x, y geeichte Bildschirmfläche kann bildlich gesehen durch Anlegen eines Winkelmessers für Winkelkoordinaten wie folgt geeicht werden: Die Winkelpositionen werden am äußeren Rand des Winkelmessers markiert (z. B. für die 20 bzw 40 grad Position) und die markierten Punkte (hier) auf die Ordinate projeziert. Analoges gilt für die Eichung der Abzisse in Winkelgraden. Eine solche Transformation kartesischer in Winkel-Koordinaten kann computerprogrammgesteuert vollzogen werden. 4B shows a schematic auxiliary representation for calibration of the screen according to 4A in angular coordinates. A screen surface initially calibrated only in Cartesian coordinates x, y can be calibrated by applying an angle goniometer for angular coordinates as follows: The angular positions are marked on the outer edge of the protractor (eg for the 20 or 40 degrees position) and the marked ones Points (here) projected on the ordinate. The same applies to the calibration of the abscissa in degrees. Such a transformation of Cartesian into angular coordinates can be performed computer program controlled.

Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Lage eines Meßpunktes M im geometrischen Raum, umfasst gemäß der Darstellung in 2 eine Digital-Video-Kamera K und einen mit der Kamera K verbundenen Computer C mit einem Bildschirm B zur Darstellung des von der Kamera K erfassten Bildes und zur Markierung von Bildpunkten.The arrangement for carrying out the method according to the invention for determining the position of a measuring point M in the geometric space comprises, as shown in FIG 2 a digital video camera K and connected to the camera K computer C with a screen B for displaying the captured image from the camera K and for marking pixels.

Die Digital-Video-Kamera K ist durch eine gedachte optische Achse A, ein Objektiv O und eine Bilderfassungsebene BE gekennzeichnet. Die optische Achse A verläuft durch das Zentrum Z des Objektivs O und steht im Punkt PZ senkrecht auf der Bilderfassungsebene BE. Die Digital-Video-Kamera K ist um den gedachten Zentrumspunkt Z des Objektivs O in wählbare Ausrichtungspositionen PI*, PI** schwenkbar. Die Digital-Video-Kamera K ist an einem gedachten Referenzpunkt PI mit vorgebbaren Raumkoordinaten derart aufstellbar, dass dieser Referenzpunkt P1 mit dem Zentrum Z des Objektivs O übereinstimmt (bzw. bei Abweichungen auf ihn abgestimmt ist). In einer ersten Ausrichtposition PI* der Digital-Video-Kamera K umfasst das von dieser erfasste Bild BO (3A) die Abbildung PII' eines im geometrischen Raum liegenden Referenzpunktes PII mit vorgebbaren Raum Koordinaten. In derselben Ausrichtposition PI* der Digital-Video-Kamera K sind gemäß Bild B1 (3B) Abbildungen P1', P2', P3', P4', P5', ..., Pn' gedachter Markierungspunkte P1, P2, P3, P4, P5, ..., Pn (mit unbekannten Raumkoordinaten) erfassbar.The digital video camera K is characterized by an imaginary optical axis A, an objective O and an image capturing plane BE. The optical axis A passes through the center Z of the objective O and is perpendicular to the image capture plane BE at the point PZ. The digital video camera K is pivotable about the imaginary center point Z of the objective O into selectable alignment positions PI *, PI **. The digital video camera K can be set up at an imaginary reference point PI with specifiable spatial coordinates such that this reference point P1 coincides with the center Z of the objective O (or is tuned to it in the case of deviations). In a first alignment position PI * of the digital video camera K, the image BO captured by it comprises 3A ) the image PII 'of a reference point PII lying in geometrical space with predeterminable space coordinates. In the same alignment position PI * of the digital video camera K, as shown in Fig. B1 ( 3B ) Images P1 ', P2', P3 ', P4', P5 ', ..., Pn' imaginary marking points P1, P2, P3, P4, P5, ..., Pn (with unknown space coordinates) detectable.

Die Anzahl der Markierungspunkte bzw. ihrer Abbildungen ist nicht begrenzt. Je nach Gegebenheit kann diese Anzahl z. B. 100 oder 1000 betragen. Die Markierungspunkte werden automatisch computerprogrammgesteuert erzeugt; ihre Anzahl richtet sich nach den Gegebenheiten des erfassten Bildes.The number of marker points or their illustrations is not limited. Depending on the circumstances, this number z. B. 100 or 1000. The marker points are automatically generated by computer program control; their number depends on the circumstances of the captured image.

In der Ausrichtposition P** der Digital-Video-Kamera K sind in dem von dieser erfassten Bild B2 (3C) nur die Abbildungen P1'', P2'', P3'', .... der Raumpunkte P1, P2, P3, in einer verschobenen Position auf dem Bildschirm wiedergegeben, deren gegenseitige raumwinkelbezogene auf den Punkt Z bezogene Anordnung die gleiche ist, wie für die Punkte P1', P2', P3', ... im Bild B1 für die Ausrichtposition PI*.In the alignment position P ** of the digital video camera K are in the captured by this image B2 ( 3C ) only the images P1 ", P2", P3 ", .... of the spatial points P1, P2, P3, are reproduced in a shifted position on the screen whose mutual spatial angle-related arrangement relating to the point Z is the same, as for the points P1 ', P2', P3 ', ... in the image B1 for the alignment position PI *.

Desweiteren ist in der Ausrichtposition PI** gemäß Bild B2 (3C) die Abbildung M' eines Meßpunktes M im geometrischen Raum erfassbar, dessen räumliche Lage auf einem gedachten durch ihn M und PI verlaufenden Strahl durch die Bildschirmkoordinaten der Abbildung P1', P2', P3' und P1'', P2'', P3'' der Markierungspunkte P1, P2 und P3 und die Raumkoordinaten der Referenz-Punkte PI und PII definiert ist.Furthermore, in the alignment position PI ** according to Fig. B2 ( 3C ) the image M 'of a measuring point M in geometrical space can be detected whose spatial position on an imaginary ray passing through it M and PI through the screen coordinates of the map P1', P2 ', P3' and P1 '', P2 '', P3 ''of the marker points P1, P2 and P3 and the spatial coordinates of the reference points PI and PII is defined.

Zur Einstellung der Digital-Video-Kamera K in eine ihrer Ausrichtposition PI*, PI** ist eine Schwenkanordnung vorgesehen.To set the digital video camera K in one of its alignment position PI *, PI ** a pivoting arrangement is provided.

Die Einstellung der Digital-Video-Kamera K in eine Ausrichtposition (PI*, PI**) ist über eine Bildschirmdarstellung steuerbar.The setting of the digital video camera K in an alignment position (PI *, PI **) is controllable via a screen display.

Die erfindungsgemäße Vermessungsanordnung ist um einen mit dem Computer C verbindbaren Empfänger zur Positionsbestimmung erweiterbar, welcher auf einem Navigations-Satelliten-System zur Positionsbestimmung wie dem Global Positioning System (GPS) basiert. Dieser Empfänger ist auf den Schwenkpunkt PI der Kamera ausrichtbar.The inventive surveying arrangement can be extended by a position-determining receiver which can be connected to the computer C and which is based on a navigation satellite system for position determination, such as the Global Positioning System (GPS). This receiver can be aligned with the pivot point PI of the camera.

Die Vermessungsanordnung ist um einen mit dem Computer C verbundenen Entfernungsmesser verbindbar. Zweckmäßigerweise ist er so montiert, dass er zusammen mit der Digital-Video-Kamera geschwenkt werden kann.The surveying arrangement is connectable to a rangefinder connected to the computer C. Conveniently, it is mounted so that it can be pivoted together with the digital video camera.

Abweichungen des Zentrums Z des Objektivs vom Referenzpunkt P1 bei der Positionierung der Kamera,Deviations of the center Z of the objective from the reference point P1 during the positioning of the camera,

Abweichungen im Verlauf der optischen Achse A von der Zielrichtung des Entfernungsmessers, Abweichungen der Empfänger-Achse vom Schwenkpunkt Z der Kamera sind durch an sich bekannte Einrichtungen (z. B. für einen Parallaxenaisgleich) kompensierbar.Deviations in the course of the optical axis A from the target direction of the rangefinder, deviations of the receiver axis from the pivot point Z of the camera can be compensated by means known per se (eg for a parallax relay).

Die Vermessungsanordnung ist mit einer Digital Video Kamera, welche einen dreidimensionalen Bilderfassungssensor umfasst, koppelbar. Durch die Kopplung können die relativen Koordinaten eines durch den dreidimensionalen Bilderfassungssensor erfassten Bildes auf die erfindungsgemäß erfassbare Lage eines Meßpunktes im dreidimensionalen Raum bezogen werden.The surveying arrangement can be coupled to a digital video camera which comprises a three-dimensional image acquisition sensor. Through the coupling, the relative coordinates of an image captured by the three-dimensional image-capturing sensor can be related to the position of a measuring point in three-dimensional space which can be detected according to the invention.

Derartige Digital-Video-Kameras mit einem dreidimensionalen Bilderfassungssensor sind im Handel verfügbar, z. B. als „Swiss Ranger SR 4000” der Firma MESA Imagng AG, Zürich/Schweiz.Such digital video cameras with a three-dimensional image sensing sensor are commercially available, e.g. B. as "Swiss Ranger SR 4000" MESA Imagng AG, Zurich / Switzerland.

Claims

Arrangement for determining the position of a measuring point M in geometric space, characterized in that a digital video camera (K) and connected to the camera (K) computer ^© with a screen (B) is provided for the representation of the camera (K) captured image and for marking pixels that the digital video camera (K) has an imaginary optical axis (A), a lens (O) and an image capture plane (BE), which by the center (Z) of the lens (O) extending optical axis (A) perpendicular to the image acquisition level (BE) is that the digital video camera (K) at a reference point PI with predeterminable spatial coordinates can be set up such that this reference point P1 to the center (Z ) of the lens (O) that the digital video camera (K) about the imaginary center point (Z) of the lens (O) in selectable alignment positions PI *, PI ** is pivotable that in the first alignment position PI * the Digital Video Camera (K) that of this captured image BO comprises a reference point PII lying in geometrical space with known specifiable spatial coordinates, and that in the same alignment position PI * of the digital video camera K the image B1 mappings (P1 ', P2', P3 ', P4 ', P5', ...., Pn ') marked space points (P1, P2, P3, P4, P5, ..., Pn) with unknown space coordinates comprises that in the second alignment position P ** of the digital Video camera K in the image B2 captured by this only the images (P1 '', P2 '', P3 '', ....) of the striking points in space (P1, P2, P3, ...) on the screen are shown displaced whose mutual space angle-related arrangement is the same, as for the corresponding figures (P1 ', P2', P3 ', ...) in the image 1 for the alignment position PI * that the image B2, the image M' a Measuring point M in space includes, and that the spatial position of an imaginary passing through this measuring point M and the reference point PI beam passing through the screen data for the alignment positions PI *, PI ** of the camera (K) and the Space coordinates of the reference points PI and PII is defined.

Arrangement according to Claim 1, characterized in that a swivel arrangement is provided for setting the digital video camera K in an alignment position (PI *, PI **).

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the pivoting arrangement for adjusting the digital video camera K in an alignment position (PI *, PI **) is controllable via a screen display.

Arrangement according to Claim 1, characterized in that the arrangement for determining the position of a measuring point M in the geometric space comprises a position-finding receiver connected to the computer C, which is mounted on a navigation satellite positioning system such as the Global Positioning System (GPS). based.

Arrangement according to claim 4, characterized in that the receiver for position determination on the pivot point P1 of the camera can be aligned.

Arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that a rangefinder connected to the computer (C) is provided for detecting the distance from the measuring point M to the digital video camera.

Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a computer-coupled digital video camera is provided with a three-dimensional image sensing sensor, which is alignable to a test object, the arrangement for determining the position of a measuring point M in geometrical space can be aligned with a point of this measuring object, and that the relative coordinates of the image captured in the three-dimensional image sensing sensor are connectable to the absolute spatial coordinates of the measuring point M.

Arrangement according to claim 1, characterized in that in the positioning of the digital video camera K occurring deviations of the reference point P1 from the center (Z) of the lens (O) in known per se be compensated as if the digital video camera (K) is correctly positioned in correspondence with the reference point PI with the center (Z) of the objective (O).