DE202014001126U1

DE202014001126U1 - Vermessungsanordnung

Info

Publication number: DE202014001126U1
Application number: DE202014001126.5U
Authority: DE
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2014-05-06
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: WO2014118386A1; DE102013201769A1

Abstract

Vermessungsanordnung, insbesondere zur Vermessung von geschlossenen Räumen und/oder von Außenbereichen mit gestörten oder fehlendem GNSS-Empfang, wobei die Vermessungsanordnung (1) mindestens ein sensorisches System (2) zur Erzeugung von Messdaten umfasst, wobei die Vermessungsanordnung (1) weiter ein erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung erster Positions- und/oder Orientierungsdaten und mindestens ein zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung zweiter Positions- und/oder Orientierungsdaten umfasst, wobei die Vermessungsanordnung (1) weiter mindestens eine Speichereinrichtung (16) umfasst, wobei Messdaten und durch die ersten und/oder zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten codierte Positions- und/oder Orientierungsinformationen referenziert zueinander in der Speichereinrichtung (16) speicherbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vermessungsanordnung zur Vermessung, insbesondere von geschlossenen Räumen.
Die Inspektion von Industrieanlagen und Gebäuden dient beispielsweise einer frühzeitigen Erkennung von Schäden und/oder der Gewährleistung einer Betriebssicherheit. Sensorsysteme, die die dafür benötigten Daten erfassen, können beispielsweise Kamerasysteme mit einem beliebigen Spektralbereich, Feuchtesensoren oder Gassensoren sein. Die von diesen Sensorsystemen erzeugten Daten können aber in der Regel nur dann sinnvoll und nutzbringend verwendet werden, wenn sie räumlich referenziert werden. D. h., dass zu jedem Messsignal auch eine Lage, also Position und/oder Orientierung, des Sensorsystems bekannt sein sollten.
Eine Lageerfassung mittels eines GNSS (globalen Navigationssatellitensystems) gewährleistet eine derartige räumliche Referenzierung von Messdaten in Außenbereichen mit einer Positionsgenauigkeit von einigen Zentimetern, z. B. bei Verwendung eines differentiellen GPS (Global Positioning System), bis zu einigen Metern. Die Bestimmung einer Orientierung ist mit GNSS nicht möglich. In geschlossenen Räumen, beispielsweise in Innenräumen von Gebäuden können eine Funktionsfähigkeit und die Genauigkeit des GNSS jedoch beeinträchtigt sein. Im Außenbereich kann die Qualität der Positionsmessung mittels GNSS bei ungünstigen Bedingungen beeinträchtigt sein, beispielsweise durch Abschattungen und Mehrfachreflexionen.
Für eine räumliche Referenzierung von Messdaten können beispielsweise terrestrische Mikrowellen-Sender- und Empfangseinheiten verwendet werden. So können beispielsweise RFID(Radio Frequency Identification)-Systeme, Pseudolite-Systeme oder WLAN-basierte Systeme zur räumlichen Referenzierung genutzt werden, erfordern aber eine entsprechende technische Ausrüstung der Messumgebung im Vorfeld der Messungen. Auch ist es möglich, Inertial-Messsysteme zu verwenden. Diese Systeme messen Winkelgeschwindigkeiten und Beschleunigungen, die durch Einfach- bzw. Zweifachintegration zu Orientierungs- und Positionswerten verarbeitet werden können. Durch dieses Prinzip werden schnell große Fehler akkumuliert, was nur durch die Verwendung von großen und teuren Inertialmesssystemen umgangen werden kann. Zusätzlich können auch kompassbasierte Systeme zum Einsatz kommen. All diese Systeme können in Innenräumen Anwendung finden. Karten, die im Vorfeld erstellt wurden (z. B. Gebäudegrundrisse, Elektrische-Feldstärke-Karten) finden oftmals Verwendung, um die Messwerte zu stützen.
Allen bekannten Verfahren zur räumlichen Referenzierung von Messdaten ohne GNSS ist gemein, dass sie a-priori-Informationen benötigen, z. B. durch Karten oder eine Ausrüstung des zu vermessenden Objekts mit entsprechenden technischen Hilfsmitteln, und teuer sind.
Ferner existieren Ansätze zur photogrammetrischen Verortung von Messdaten. Hierbei wird eine Vielzahl von räumlich überlappenden Bildern in einem zu untersuchenden Innenraumbereich aufgenommen. Hierbei ist problematisch, dass eine Verortung auf Grundlagen von photogrammetrischen Ansätzen nur bedingt echtzeitfähig ist, da in der Regel der gesamte Bildblock (vom ersten bis zum letzten Bild) vorliegen muss, um nachträglich die Trajektorie des Messsystems zu bestimmen und damit die räumliche Referenzierung der Messwerte sicherzustellen.
Die nachveröffentliche DE 10 2011 084 690.5 beschreibt eine Kamera, umfassend mindestens eine Optik, mindestens einen optischen Detektor, der in einer Fokalebene der Optik angeordnet ist, und eine Auswerteeinheit, wobei die Kamera mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein diffraktives optisches Element umfasst, wobei mittels der Lichtquelle das diffraktive optische Element beleuchtbar ist, so dass dieses verschiedene ebene Wellen erzeugt, die durch die Optik jeweils punktförmig auf dem optischen Detektor abgebildet und durch die Auswerteeinheit mindestens zur geometrischen Kalibrierung ausgewertet werden, sowie ein Verfahren zur geometrischen Kalibrierung einer Kamera.
Es stellt sich das technische Problem, eine Vermessungsanordnung zu schaffen, welche eine räumliche Referenzierung von Messdaten vereinfacht und eine zeitlich schnelle räumliche Referenzierung ermöglicht, wobei a-priori-Wissen, z. B. in Form von Karten oder zusätzliche Infrastruktur, nicht notwendig ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist eine Grundidee der Erfindung, dass eine Vermessungsanordnung sowohl ein sensorisches System zur Erzeugung von Messdaten als auch mindestens zwei Lageerfassungssysteme zur Erzeugung von Positions- und/oder Orientierungsdaten umfasst, wobei die Lageerfassungssysteme in Bezug auf die Umgebung unreferenzierte Lageerfassungssysteme sind. Die Vermessungsanordnung erfasst die eigene Position und Orientierung in einem relativen Koordinatensystem, dessen Ursprung z. B. durch einen Nutzer eingestellt werden kann. Die Messdaten werden referenziert zu lokalen Positions- und/oder Orientierungsdaten der Lageerfassungssysteme, die in diesem relativen Koordinatensystem erfasst werden, gespeichert.
Nachfolgend gelten folgende Definitionen. Eine Lage beschreibt eine Position und/oder eine Orientierung eines Objekts zumindest teilweise. Eine Position kann beispielsweise durch drei Translationsparameter beschrieben werden. Z. B. können Translationsparameter einen x-Parameter, einen y-Parameter und einen z-Parameter in einem kartesischen Koordinatensystem umfassen. Eine Orientierung kann beispielsweise durch drei Rotationsparameter beschrieben werden. Z. B. können Rotationsparameter einen Drehwinkel ω um eine x-Achse, einen Drehwinkel φ um eine y-Achse und einen Drehwinkel κ um eine z-Achse des kartesischen Koordinatensystems umfassen. Somit kann eine Lage bis zu 6 Parameter umfassen.
Vorgeschlagen wird eine Vermessungsanordnung, wobei die Vermessungsanordnung auch als Vermessungssystem bezeichnet werden kann. Die Vermessungsanordnung dient insbesondere zur Vermessung von geschlossenen Räumen, insbesondere zur Vermessung von Bergwerken, Gebäuden und Tunneln. Alternativ oder kumulativ dient die Vermessungsanordnung zur Vermessung von Außenbereichen mit gestörtem oder fehlendem GNSS-Empfang. Im Kontext dieser Erfindung bedeutet Vermessung, dass Messsignale, deren Erfassung automatisch oder von einem Benutzer manuell ausgelöst wird, erzeugt und räumlich referenziert werden. Zusätzlich können Messdaten auch zeitlich referenziert werden.
Die Vermessungsanordnung umfasst mindestens ein sensorisches System zur Erzeugung von Messdaten. Das sensorische System kann beispielsweise ein Kamerasystem zur Erzeugung von Kamerabildern, ein Feuchtesensor oder ein Gassensor sein. Selbstverständlich können auch weitere sensorische Systeme zur Anwendung kommen.
Weiter umfasst die Vermessungsanordnung ein erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung erster Positions- und/oder Orientierungsdaten und mindestens ein zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung zweiter Positions- und/oder Orientierungsdaten.
Ein Lageerfassungssystem bezeichnet hierbei ein System, welches die Erfassung oder Erzeugung von Positions- und/oder Orientierungsdaten ermöglicht, die zumindest eine Teilinformation zur Bestimmung einer Lage und/oder einer Orientierung der Vermessungsanordnung codieren. Wie nachfolgend näher erläutert, kann ein Lageerfassungssystem ein optisches Lageerfassungssystem oder ein inertiales Lageerfassungssystem sein. Auch kann ein Lageerfassungssystem ein Barometer sein.
Vorzugsweise arbeiten das erste und das mindestens zweite Lageerfassungssystem auf Grundlage von voneinander unabhängigen physikalischen Messprinzipien. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine verbesserte Redundanz und eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Erfassung von Positions- und/oder Orientierungsinformationen.
Der Begriff ”unreferenziert” bedeutet hierbei, dass die erzeugten Positions- und/oder Orientierungsdaten ausschließlich relativ zu einem systemeigenen Koordinatensystem der Lageerfassungssysteme oder relativ zu einem gemeinsamen Koordinatensystem der Lageerfassungssysteme bestimmt werden, wobei das gemeinsame Koordinatensystem orts- und drehfest bezüglich der Vermessungsanordnung ist. So können z. B. die ersten Positions- und/oder Orientierungsdaten relativ zu einem systemeigenen Koordinatensystem des ersten Lageerfassungssystems bestimmt werden. Entsprechend können auch die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten in einem systemeigenen Koordinatensystem des zweiten Lageerfassungssystems bestimmt werden.
Weiter kann der Begriff „unreferenziert” bedeuten, dass mittels des unreferenzierten Lageerfassungssystems keine eindeutige Erfassung der Position und/oder Orientierung, z. B. in einem globalen Koordinatensystem, möglich ist. Dies bedeutet, dass zumindest ein Parameter, der zur eindeutigen und vollständigen Beschreibung der Lage, also der Position und/oder Orientierung, notwendig ist, mittels des unreferenzierten Lageerfassungssystems nicht erfassbar oder bestimmbar ist.
Z. B. kann eine eindeutige räumliche Referenzierung in einem übergeordneten, z. B. globalen, Koordinatensystem die Erfassung oder Bestimmung von drei Positions- und drei Orientierungsparametern in diesem übergeordneten Koordinatensystem erfordern. Ist das nicht vollständig zu gewährleisten, kann die Lage nur in einem systemeigenen Koordinatensystem bestimmt werden, auch wenn einzelne Parameter der Lage in dem übergeordneten Koordinatensystem erfassbar sind. Beispielsweise können Neigungssensoren zwei Orientierungswinkel und Magnetsensoren einen Orientierungswinkel räumlich referenziert zu einem weltfesten Koordinatensystem erfassen.
Unreferenziert bedeutet auch, dass kein räumlicher Bezug zu einer vorbekannten räumlichen Karte bekannt ist.
Eine Position kann hierbei beispielsweise bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit drei linear unabhängigen Achsen bestimmt werden. Hierdurch ermöglicht das Lageerfassungssystem die Erfassung einer Bewegung mit drei translatorischen Freiheitsgraden. Alternativ oder kumulativ können Orientierungsdaten als Verdrehwinkel um die drei Achsen des kartesischen Koordinatensystems bestimmt werden, beispielsweise entsprechend der so genannten Yaw-Pitch-Roll-Konvention (Gier-Nick-Roll-Winkelkonvention). Somit ist die Bestimmung einer Winkelbewegung mit drei voneinander unabhängigen rotatorischen Freiheitsgraden möglich.
Wie nachfolgend näher erläutert, kann ein Ursprung des Koordinatensystems z. B. beim Einschalten des Lageerfassungssystems, also mit Beginn einer Energieversorgung, oder bei Beginn eines Messvorgangs oder bei Erzeugung eines Initialisierungssignals gesetzt werden. Dies bedeutet, dass zu einem der vorhergehend erläuterten Zeitpunkte aktuelle Positions- und/oder Orientierungskoordinaten zurückgesetzt oder genullt werden, wobei nachfolgend alle erfassten Positions- und/oder Orientierungsdaten relativ zu dem gesetzten Ursprung des Koordinatensystems bestimmt werden.
Weiter umfasst die Vermessungsanordnung mindestens eine Speichereinrichtung. Die Messdaten und die, insbesondere zeitlich korrespondierenden, durch die ersten und/oder zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten codierten Positions- und/oder Orientierungsinformationen sind referenziert zueinander, also mit einer vorbekannten Zuordnung zueinander, in der Speichereinrichtung speicherbar.
Dies bedeutet, dass sowohl die Messdaten als auch die korrespondierenden Positions- und/oder Orientierungsinformationen gespeichert werden. Die Positions- und/oder Orientierungsinformationen können in Form von unverarbeiteten Ausgangssignalen (Rohsignalen) der unreferenzierten Lageerfassungssysteme gegeben sein. Auch können die Positions- und/oder Orientierungsinformationen durch bereits verarbeitete Ausgangssignale der unreferenzierten Lageerfassungssysteme gegeben sein, wobei die verarbeiteten Ausgangssignale wiederum eine Position und/oder Orientierung ausschließlich referenziert zu dem/den systemeigenen Koordinatensystem(en) oder zu einem gemeinsamen vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem codieren oder repräsentieren.
Beispielsweise können die Messdaten und die zeitlich korrespondierenden ersten und/oder zweiten unverarbeiteten Positions- und/oder Orientierungsdaten referenziert zueinander gespeichert werden.
Somit ist also eine Zuordnung von Messdaten zu einer Position und/oder Orientierung möglich und auch zu einem späteren Zeitpunkt abrufbar. Allerdings ist eine Zuordnung ausschließlich zu Lagen in den unreferenzierten systemeigenen Koordinatensystemen der Lageerfassungssysteme oder zu Lagen in einem gemeinsamen, vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem möglich.
Die beschriebene Vermessungsanordnung kann hierbei portabel, insbesondere durch einen menschlichen Benutzer tragbar, ausgebildet sein. Allerdings ist es auch möglich, die beschriebene Vermessungsanordnung auf einer Positioniereinrichtung, beispielsweise auf einem Fahrzeug, insbesondere auf einem Roboter, montierbar auszubilden.
Die vorgeschlagene Vermessungsanordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine räumliche Referenzierung von Messdaten auch in geschlossenen Räumen, insbesondere in Innenräumen von z. B. Industrieanlagen oder Gebäuden. Da die räumliche Referenzierung unabhängig von einem globalen Koordinatensystem, z. B. einem Koordinatensystem eines GNSS, erfolgt und ebenfalls unabhängig von weiteren Zusatzanordnungen, wie z. B. in den Räumen installierten Sendern, ist, ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache und kostengünstige Vermessungsanordnung.
Die Verwendung von mindestens zwei Lageerfassungssystemen erhöht in vorteilhafter Weise eine Verfügbarkeit von Positions- und/oder Orientierungsinformationen sowie eine erhöhte Genauigkeit der Positions- und/oder Orientierungsinformationen. Ist z. B. eine Lageerfassung mittels einem der mindestens zwei Lageerfassungssysteme nicht möglich, z. B. aufgrund von äußeren Bedingungen oder bei Ausfall des Lageerfassungssystems, so stehen weiterhin Positions- und/oder Orientierungsdaten oder – informationen des verbleibenden Lageerfassungssystems zur Verfügung.
Die von der Vermessungsanordnung gespeicherten Daten ermöglichen zu einem späteren Zeitpunkt eine Navigation in bereits vermessenen Räumen. Auch können die Daten zur Erstellung oder zum Abgleich von Anlage- bzw. Gebäudemodellen dienen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung eine Recheneinrichtung, wobei mittels der Recheneinrichtung die ersten und die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten zu resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten fusionierbar sind. Die resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten können dann z. B. die vorhergehend erläuterten Positions- und/oder Orientierungsinformationen darstellen.
Hierbei können z. B. Positions- und/oder Orientierungsdaten eines Lageerfassungssystems in das systemeigene Koordinatensystem des weiteren Lageerfassungssystems umgerechnet werden. Hierzu ist es erforderlich, dass eine Abbildungsvorschrift für eine solche Umrechnung vorbekannt ist. Dies bedeutet in anderen Worten, dass die systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme zueinander registriert sind.
Auch ist es möglich, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten in ein gemeinsames Koordinatensystem der Vermessungsanordnung umgerechnet werden. Das Koordinatensystem der Vermessungsanordnung bezeichnet hierbei ein bezüglich der Vermessungsanordnung orts- und drehfestes Koordinatensystem. Dies wiederum bedeutet, dass, wenn sich die Vermessungsanordnung translatorisch und/oder rotatorisch bewegt, sich auch das gemeinsame Koordinatensystem der Vermessungsanordnung im gleichen Maße translatorisch und/oder rotatorisch bewegt. Wie vorhergehend erläutert, ist es hierfür erforderlich, dass die systemeigenen Koordinatensysteme mit dem gemeinsamen Koordinatensystem registriert sind.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Einsparung von Speicherplatz, da Messdaten nunmehr nur referenziert zu den resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten gespeichert werden müssen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste unreferenzierte Lageerfassungssystem als optisches Lageerfassungssystem und das mindestens zweite unreferenzierte Lageerfassungssystem als inertiales Lageerfassungssystem ausgebildet.
Bei dem optischen Lageerfassungssystem wird eine Positionsänderung und/oder Orientierungsänderung optisch, z. B. bildbasiert, erfasst. Bei einem inertialen Lageerfassungssystem wird ein oder werden mehrere Inertialsensoren zur Erfassung von Beschleunigung und/oder Drehraten verwendet. Werden z. B. Beschleunigungen erfasst, so kann eine aktuelle Position auf Grundlage eines bereits zurückgelegten Weges bestimmt werden, wobei sich der zurückgelegte Weg durch z. B. Zweifachintegration der erfassten Beschleunigungen ergibt. Wird eine Drehrate erfasst, so kann ein aktueller Winkel z. B. durch Einfachintegration der Drehrate bestimmt werden. Die Verwendung eines optischen und eines inertialen Lageerfassungssystems realisiert hierbei in vorteilhafter Weise eine Lageerfassung auf Grundlage von zwei voneinander unabhängigen physikalischen Messprinzipien. Weiter vorteilhaft ergibt sich, dass inertiale Lageerfassungssysteme erfahrungsgemäß robust arbeiten und somit eine hohe Verfügbarkeit der Positions- und/oder Orientierungsdaten bereitstellen. Optische Lageerfassungssysteme ermöglichen in der Regel eine hochgenaue Bestimmung einer Lage und/oder Orientierung. Durch die Verwendung der vorgeschlagenen Lageerfassungssysteme ergibt sich also in vorteilhafter Weise sowohl eine hohe Verfügbarkeit als auch eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung von Positions- und/oder Orientierungsinformationen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Lageerfassungssystem als Stereokamerasystem ausgebildet. Ein Stereokamerasystem ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise eine einfache, bildbasierte Bestimmung einer räumlichen Position und/oder räumlichen Orientierung von Gegenständen oder Personen im Erfassungsbereich des Stereokamerasystems. Hierzu kann es erforderlich sein, das Verfahren zur bildbasierten Merkmals- oder Objekterkennung durchgeführt werden, durch die korrespondierende, durch jeweils eine Kamera des Stereokamerasystems abgebildete Personen oder Objekte detektiert werden. Selbstverständlich können auch weitere Methoden der Bildverarbeitung zur Anwendung kommen, durch die eine Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung verbessert wird, z. B. Verfahren zur Rauschunterdrückung, Verfahren zur Segmentierung und weitere Verfahren zur Bildverarbeitung. Zusätzlich können zeitlich nacheinander aufgenommenen Stereobilder oder Einzelbilder verwendet werden, um eine dreidimensionale Rekonstruktion durchzuführen, beispielsweise in einem so genannten structure-from-motion-Verfahren.
Insbesondere können beim Stereokamerasystem mindestens eine panchromatische Kamera oder eine Farbkamera, insbesondere eine RGB-basierte Farbkamera, oder eine Infrarotkamera verwendet werden. Alternativ oder kumulativ ist es möglich, dass die im Stereokamerasystem verwendeten Kameras unterschiedliche geometrische, radiometrische und/oder spektrale Eigenschaften aufweisen. Z. B. kann eine räumliche Auflösung und/oder eine spektrale Auflösung der verwendeten Kameras voneinander verschieden sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine der Kameras, wie nachfolgend näher erläutert, als Messsystem Verwendung finden kann, beispielsweise bei einer Verwendung einer räumlich hochauflösenden RGB-Kamera und einer räumlich niedrig auflösenden panchromatischen Kamera.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung des Stereokamerasystems.
Eine geometrische Kalibrierung von Kameras ist hierbei eine Grundvoraussetzung für deren Einsatz als Lageerfassungssystem. Die Kalibrierung kann auch als Bestimmung von Parametern einer inneren Orientierung der Kamera bezeichnet werden. Ziel ist es, für jeden Bildpunkt eines von einer Kamera des Stereokamerasystems erzeugten Bildes eine Blickrichtung (line of sight) im Kamerakoordinatensystem zu bestimmen.
Die Kalibriervorrichtung kann hierbei z. B. derart ausgebildet sein, dass eine Kamera des Stereokamerasystems oder alle Kameras des Stereokamerasystems eine Optik und mindestens einen optischen Detektor, der in einer Fokalebene der Optik angeordnet ist, und eine Auswerteeinrichtung umfassen. Weiter kann die Kamera mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein diffraktives optisches Element umfassen, wobei mittels der Lichtquelle das diffraktive optische Element beleuchtbar ist, sodass dieses verschiedene ebene Wellen erzeugt, die durch die Optik jeweils punktförmig auf dem optischen Detektor abgebildet und durch die Auswerteeinheit mindestens zur geometrischen Kalibrierung ausgewertet werden.
Ein solches System ist in der nachveröffentlichten DE 10 2011 084 690.5 beschrieben.
Das diffraktive optische Element kann hierbei durch die Optik mittels der Lichtquelle beleuchtbar sein. Weiter kann die Lichtquelle derart ausgebildet und ausgerichtet sein, dass diese kugelförmige Wellenfronten abstrahlt, die durch die Optik in ebene Wellen überführt auf das diffraktive optische Element treffen.
Der optische Detektor kann als Matrix-Sensor ausgebildet sein. Das mindestens eine diffraktive optische Element kann in die Optik integriert sein. Alternativ kann das diffraktive optische Element auf der Optik angeordnet sein. Weiter alternativ kann das diffraktive optische Element an einer Blende der Optik angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass die Kamera mehrere Lichtquellen umfasst, die unterschiedliche Abstrahlrichtungen aufweisen. Weiter kann die Lichtquelle in der Fokalebene angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass die Lichtquelle eine optische Phase umfasst, deren Apertur den Lichtaustritt der Lichtquelle bildet.
Diffraktive optische Elemente sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt, wobei passive und aktive diffraktive optische Elemente bekannt sind, wobei letztere auch als SLMs (Spatial Light Modulator) bezeichnet werden. SLMs können beispielsweise als verstellbares Mikro-Spiegel-Array (reflektives SLM) oder als transmitives oder reflektives Flüssigkeitskristall-Display (Liquid Crystal, LC-Display) ausgebildet sein. Diese können aktiv angesteuert werden, sodass deren Beugungsstrukturen zeitlich veränderbar sind. Passive diffraktive optische Elemente hingegen weisen ein festes Beugungsmuster auf, wobei diese reflektiv oder transmitiv ausgebildet sein können.
Bezüglich weiterer Ausführungsformen der Kamera mit einer Kalibriervorrichtung wird hierbei auf das in der DE 10 2011 084 690.5 offenbarte Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Kalibrierung einer oder aller Kameras des Stereokamerasystems auch während des Betriebs und somit eine dauerhaft hochgenaue Bestimmung der Position und/oder Orientierung möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Messsystem gleichzeitig als unreferenziertes Lageerfassungssystem ausgebildet. Beispielsweise kann das Messsystem als Kamera oder Kamerasystem ausgebildet sein, welches gleichzeitig Bestandteil des Stereokamerasystems ist. Hierbei erzeugt das Messsystem Bilddaten als Messdaten, wobei die erzeugten Bilddaten gleichzeitig zur Bereitstellung von Lageinformationen dienen.
Selbstverständlich ist es vorstellbar, auch andere Messsysteme, deren Ausgangssignale zur Bereitstellung einer Positions- und/oder Orientierungsinformation dienen können, zu verwenden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung zusätzlich mindestens ein weiteres Lageerfassungssystem, also z. B. ein drittes Lageerfassungssystem.
Das weitere Lageerfassungssystem kann beispielsweise einen GNSS-Sensor umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Ein GNSS-Sensor ermöglicht eine Lageerfassung durch den Empfang von Signalen von Navigationssatelliten und Pseudoliten.
Alternativ kann das weitere Lageerfassungssystem als Laserscanner ausgebildet sein oder einen solchen Laserscanner umfassen. Der Laserscanner kann hierbei ein eindimensionaler, zweidimensionaler oder dreidimensionaler Laserscanner sein, der entsprechend eine eindimensionale, zweidimensionale oder dreidimensionale Abbildung einer Umgebung der Vermessungsanordnung ermöglicht. Durch entsprechende Verfahren der Datenverarbeitung kann, entsprechend der Bildverarbeitung, eine Objekterkennung in den von dem Laserscanner erzeugten Ausgangssignalen durchgeführt werden. In Abhängigkeit von erkannten Objekten kann dann eine Bewegung, d. h. eine Positions- und/oder Orientierungsänderung der Vermessungsanordnung zwischen zwei Zeitpunkten, bestimmt werden. Dafür existieren Algorithmen, z. B. der so genannte ICP(iterative closest point)-Algorithmus.
Alternativ kann das weitere Lageerfassungssystem als Magnetometer ausgebildet sein. Ein Magnetometer bezeichnet hierbei eine Einrichtung zur Erfassung einer magnetischen Flussdichte. Mittels eines Magnetometers kann beispielsweise ein Erdmagnetfeld oder eine Überlagerung aus dem Erdmagnetfeld und einem weiteren Magnetfeld, welches z. B. von einem elektrischen Generator erzeugt wird, in den geschlossenen Räumlichkeiten erfasst werden. Weiter kann das Magnetometer auch als Lageerfassungssystem verwendet werden.
Weiter alternativ kann ein Neigungssensor als weiteres Lageerfassungssystem verwendet werden. Ein Neigungssensor kann hierbei beispielsweise Änderungen eines Neigungswinkels erfassen. Diese Änderungen des Neigungswinkels können wiederum als Grundlage zur Bestimmung einer Orientierung der Vermessungsanordnung genutzt werden. Beispielsweise kann der Neigungssensor auch eine aktuelle Winkeldifferenz zu einer Richtung der Erdbeschleunigung erfassen. Somit kann der Neigungssensor entsprechend einer Wasserwaage arbeiten.
Die Ausgangssignale der vorhergehend erläuterten Lageerfassungssysteme können hierbei separat gespeichert oder mit den ersten und zweiten Lage- und/oder Orientierungsdaten, wie vorhergehend erläutert, fusioniert werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind zumindest sensorische Elemente des mindestens einen sensorisches Systems zur Erzeugung von Messdaten, des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems einer Sensorkopfeinheit zugeordnet.
Neben den sensorischen Elementen kann die Sensorkopfeinheit insbesondere eine Gesamtheit von Befestigungselementen umfassen, an der zumindest die sensorischen Elemente des mindestens einen sensorisches Systems zur Erzeugung von Messdaten, des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems, insbesondere mechanisch, befestigt sind, insbesondere mit einer unveränderlichen und/oder vorbestimmten Position und/oder Ausrichtung relativ zueinander. Z. B. kann die Sensorkopfeinheit eine Gesamtheit aus den sensorischen Elementen und einer Befestigungseinheit bezeichnen, in oder an der die sensorischen Elemente angeordnet, insbesondere mechanisch befestigt, sind.
Sensorische Elemente können hierbei die Elemente des mindestens einen sensorisches Systems zur Erzeugung von Messdaten, des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems bezeichnen, die entsprechende Messwerte, z. B. in Form der vorhergehend erläuterten Ausgangssignale, insbesondere in Form von unverarbeiteten Ausgangssignalen, erzeugen.
Weiter ist die Sensorkopfeinheit an oder in einem Helm angeordnet ist. Hierbei kann zumindest ein Teil des Helms zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten Sensorkopfeinheit ausbilden, insbesondere zumindest einen Teil der Befestigungselemente oder der Befestigungseinheit. Allerdings ist es auch möglich, dass die Sensorkopfeinheit mindestens eine Befestigungseinrichtung und der Helm eine korrespondierende Befestigungseinrichtung aufweist, wobei die Sensorkopfeinheit über die Befestigungseinrichtungen mechanisch an dem Helm befestigt werden kann. Somit können die sensorischen Elemente in oder an einen Helm integriert werden, der z. B. von einem Nutzer bei einer Begehung von zu vermessenden Räumen und/oder Außenbereichen auf dem Kopf getragen werden kann. Insbesondere kann der Helm Teil der vorgeschlagenen Vermessungsanordnung sein.
Alternativ ist die Sensorkopfeinheit an oder in einem Handgerät angeordnet. Ein Handgerät kann z. B. einen Griff zur manuellen Handhabung aufweisen. Hierbei kann zumindest ein Teil des Handgeräts zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten Sensorkopfeinheit ausbilden, insbesondere zumindest einen Teil der Befestigungselemente oder der Befestigungseinheit. Allerdings ist es auch möglich, dass die Sensorkopfeinheit mindestens eine Befestigungseinrichtung und das Handgerät eine korrespondierende Befestigungseinrichtung aufweist, wobei die Sensorkopfeinheit über die Befestigungseinrichtungen mechanisch an dem Handgerät befestigt werden kann. Somit können die sensorischen Elemente in oder an ein Handgerät integriert werden, das z. B. von einem Nutzer bei einer Begehung von zu vermessenden Räumen und/oder Außenbereichen in der Hand getragen werden kann. Insbesondere kann das Handgerät Teil der vorgeschlagenen Vermessungsanordnung sein.
Alternativ ist die Sensorkopfeinheit an oder in einem tragbaren Gehäuse angeordnet. Das tragbare Gehäuse kann z. B. mindestens eine Tragvorrichtung zur Befestigung des Gehäuses an einem Körper eines Nutzers aufweisen, z. B. an einem Brustbereich oder an einem Schulterbereich des Nutzers. Die mindestens eine Tragvorrichtung kann beispielsweise als Gurt oder Riemen ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Die Tragvorrichtung kann insbesondere auch geeignete Verschluss- oder Verstellmittel aufweisen, z. B. einen Schnalle, eine Klemme oder ähnliches. Hierbei kann zumindest ein Teil des tragbaren Gehäuses zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten Sensorkopfeinheit ausbilden, insbesondere zumindest einen Teil der Befestigungselemente oder der Befestigungseinheit. Allerdings ist es auch möglich, dass die Sensorkopfeinheit mindestens eine Befestigungseinrichtung und das tragbare Gehäuse eine korrespondierende Befestigungseinrichtung aufweist, wobei die Sensorkopfeinheit über die Befestigungseinrichtungen mechanisch an dem tragbaren Gehäuse befestigt werden kann. Somit können die sensorischen Elemente in oder an ein tragbares Gehäuse integriert werden, das z. B. von einem Nutzer bei einer Begehung von zu vermessenden Räumen und/oder Außenbereichen vor der Brust, auf dem Rücken oder auf der Schulter getragen werden kann. Insbesondere kann das tragbare Gehäuse Teil der vorgeschlagenen Vermessungsanordnung sein.
Alternativ ist die Sensorkopfeinheit an oder in einer Brille angeordnet. Hierbei kann zumindest ein Teil der Brille zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten Sensorkopfeinheit ausbilden, insbesondere zumindest einen Teil der Befestigungselemente oder der Befestigungseinheit. Allerdings ist es auch möglich, dass die Sensorkopfeinheit mindestens eine Befestigungseinrichtung und die Brille eine korrespondierende Befestigungseinrichtung aufweist, wobei die Sensorkopfeinheit über die Befestigungseinrichtungen mechanisch an der Brille befestigt werden kann. Somit können die sensorischen Elemente in oder an eine Brille integriert werden, die z. B. von einem Nutzer bei einer Begehung von zu vermessenden Räumen und/oder Außenbereichen auf dem Kopf getragen werden kann. Insbesondere kann die Brille Teil der vorgeschlagenen Vermessungsanordnung sein.
Weiter kann mindestens ein neben den sensorischen Elementen verbleibendes Element des mindestens einen sensorisches Systems zur Erzeugung von Messdaten, des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems einer weiteren Einheit zugeordnet sein, die eine baulich von der Sensorkopfeinheit getrennte Einheit ist.
Neben dem mindestens einen verbleibenden Element kann die weitere Einheit insbesondere eine Gesamtheit von weiteren Befestigungselementen umfassen, an der das zumindest eine verbleibende Element, insbesondere mechanisch, befestigt ist. Z. B. kann die weitere Einheit eine Gesamtheit aus dem verbleibenden Element und einer weiteren Befestigungseinheit bezeichnen, in oder an der das verbleibende Element angeordnet, insbesondere mechanisch befestigt, ist. Verbleibende Elemente umfassen z. B. eine Energiespeichereinrichtung und/oder eine Recheneinrichtung zur Verarbeitung der, insbesondere unverarbeiteten, Ausgangssignale der sensorischen Elemente.
Die weitere Einheit kann ebenfalls an oder in einer weiteren tragbaren Haltevorrichtung angeordnet sein. Die weitere tragbare Haltevorrichtung kann z. B. ebenfalls mindestens eine Tragvorrichtung zur Befestigung der weiteren tragbaren Haltevorrichtung an einem Körper eines Nutzers aufweisen, z. B. an einem Hüftbereich des Nutzers. Die Tragvorrichtung kann hierbei wie vorhergehend erläutert ausgebildet sein. Z. B. kann zumindest ein Teil der weiteren tragbaren Haltevorrichtung zumindest einen Teil der vorhergehend erläuterten weiteren Einheit ausbilden, insbesondere zumindest ein Teil der weiteren Befestigungselemente oder der weiteren Befestigungseinheit. Allerdings ist es auch möglich, dass die weitere Einheit mindestens eine Befestigungseinrichtung und die weitere tragbare Haltevorrichtung eine korrespondierende Befestigungseinrichtung aufweist, wobei die weitere Einheit über die Befestigungseinrichtungen mechanisch an der weiteren tragbaren Haltevorrichtung befestigt werden kann. Somit können die verbleibenden Elemente in eine baulich von der Sensorkopfeinheit getrennte weitere tragbare Haltevorrichtung, z. B. in ein weiteres tragbares Gehäuse, integriert werden, die z. B. von einem Nutzer bei einer Begehung von zu vermessenden Räumen und/oder Außenbereichen im Hüftbereich, insbesondere an einem Gürtel, vor der Brust, auf dem Rücken oder auf der Schulter getragen werden kann. Insbesondere kann die weitere tragbare Haltevorrichtung ebenfalls Teil der vorgeschlagenen Vermessungsanordnung sein.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung mindestens eine Beleuchtungseinrichtung, wobei mittels der Beleuchtungseinrichtung Licht im nicht-sichtbaren Bereich erzeugbar ist. Insbesondere kann mittels der Beleuchtungseinrichtung ausschließlich Licht im nicht-sichtbaren Bereich erzeugbar sein. Ein sichtbarer Bereich bezeichnet hierbei einen vorbestimmten Spektralbereich, insbesondere einen Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm. Somit ist mittels der Beleuchtungseinrichtung Licht, insbesondere ausschließlich, mit mindestens einer Wellenlänge oder mindestens einem Wellenlängenbereich erzeugbar, welche/welcher außerhalb des sichtbaren Bereichs liegt.
Die Beleuchtungseinrichtung kann hierbei derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass mittels der Beleuchtungseinrichtung zumindest ein Teil des Erfassungsbereichs des sensorischen Systems zur Erzeugung von Messdaten und/oder des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und/oder des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems beleuchtbar ist. Diese Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere Teil der vorhergehend erläuterten Sensorkopfeinheit sein oder aber baulich getrennt von der Sensorkopfeinheit ausgebildet sein. Auch kann die Beleuchtungseinrichtung der vorhergehend erläuterten Lichtquelle entsprechen.
Insbesondere kann die mindestens eine Beleuchtungseinrichtung Licht in einem Spektralbereich von Infrarotstrahlung, insbesondere naher Infrarotstrahlung, erzeugen. Der Spektralbereich von Infrarotstrahlung kann hierbei z. B. Wellenlängen von 780 nm, insbesondere 780 nm (ausschließlich), bis 1400 nm, bis 3000 nm oder bis 1 mm umfassen, bevorzugt Wellenlängen von 900 nm bis 1000 nm. In diesem Fall kann das vorhergehend erläuterte optische Erfassungssystem als Infrarot-Erfassungssystem ausgebildet sein, wobei mittels des Infrarot-Erfassungssystem Strahlung aus dem Spektralbereich der Infrarotstrahlung erfassbar ist. Beispielsweise kann eine der vorhergehend erläuterten Kameras, insbesondere eines Stereokamerasystems, eine Infrarotkamera sein. Hierdurch können insbesondere optische Blendeffekte für einen Nutzer der Vermessungsanordnung vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vermessungsanordnung zumindest einen Teil eines referenzierten Lageerfassungssystems. Der Begriff ”referenziert” bedeutet hierbei, dass die mittels des referenzierten Lageerfassungssystems erzeugten Positions- und/oder Orientierungsdaten Positions- und/oder Orientierungsinormationen relativ zu einem vorbestimmten, insbesondere vorrichtungsexternen, z. B. einem globalen, Koordinatensystem codieren. Z. B. können Positions- und/oder Orientierungsdaten relativ zu einem gebäudefesten Koordinatensystem bestimmt werden. Ein vorrichtungsexternes Koordinatensystem bezeichnet hierbei insbesondere ein vermessungsanordnungsexternes Koordinatensystem, insbesondere ein nicht in Bezug auf die Vermessungsanordnung ortsfestes und/oder drehfestes Koordinatensystem.
Das referenzierte Lageerfassungssystem kann z. B. durch das vorhergehend erläuterten weitere Lageerfassungssystem, insbesondere einen GNSS-Sensor, bereitgestellt werden.
Weiter kann die Vermessungsanordnung mindestens ein Mittel zur Umrechnung der mittels des mindestens einen unreferenzierten Lageerfassungssystems bestimmten Positions- und/oder Orientierungsinformationen in Position- und/oder Orientierungsinformationen relativ zu dem vorbestimmten Koordinatensystem umfassen, beispielsweise die vorhergehend erläuterte Recheneinrichtung. Hierdurch können durch die Vermessungsanordnung Positions- und/oder Orientierungsinformationen in einem übergeordneten, insbesondere vorrichtungsexternen, Koordinatensystem bestimmt werden, und somit insbesondere in einem vorrichtungsexternen, aber nicht zwingendermaßen globalen, Koordinatensystem räumlich referenzierte Positions- und/oder Orientierungsinformationen.
Hierbei ist es möglich, dass die Vermessungsanordnung ein referenziertes Lageerfassungssystem umfasst, welches die Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsinformationen ohne weitere Elemente ermöglicht.
Allerdings ist es auch möglich, dass die Vermessungsanordnung nur einen Teil eines referenzierten Lageerfassungssystems umfasst, welches die Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsinformationen nur mit weiteren, insbesondere vorrichtungsexternen, Elementen ermöglicht. Z. B. kann die Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsinformationen durch das referenzierte Lageerfassungssystem nur dann erfolgen, wenn der vorrichtungsseitige Teil mit einem vorrichtungsexternen, also baulich von der Vermessungsanordnung verschiedenen, Teil des referenzierten Lageerfassungssystems daten- oder signaltechnisch kommuniziert. Zumindest ein Teil von Positions- und/oder Orientierungsinformationen des vorrichtungsexternen Teils kann relativ zum vorbestimmten Koordinatensystem vorbekannt sein. Dies bedeutet, dass der vorrichtungsexterne Teil räumlich referenziert sein kann.
Z. B. kann die Vermessungsanordnung eine RFID-Einrichtung umfassen, die mit weiteren, vorrichtungsexternen RFID-Einrichtungen, deren Position und/oder Orientierung im vorbestimmten Koordinatensystem bekannt sind, eine Signal- und/oder Datenverbindung aufbauen kann. In Abhängigkeit einer solchen Signal- und/oder Datenverbindung und der vorbekannten Position und/oder Orientierung der vorrichtungsexternen RFID-Einrichtung im vorbestimmten Koordinatensystem können dann die Positions- und/oder Orientierungsinformationen der Vermessungsanordnung relativ zu dem vorbestimmten Koordinatensystem bestimmt werden.
Weiter beschrieben wird ein Verfahren zur Vermessung, insbesondere von geschlossenen Räumen und/oder Außenbereichen mit gestörtem oder fehlerhaftem GNSS-Empfang, wobei ein sensorisches System Messdaten erzeugt. Weiter erzeugt ein erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem erste Positions- und/oder Orientierungsdaten und mindestens ein zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem zweite Positions- und/oder Orientierungsdaten. Weiter werden die Messdaten und die, insbesondere zeitlich korrespondierenden, durch die ersten und/oder zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten codierten Positions- und/oder Orientierungsinformationen referenziert zueinander gespeichert.
Das beschriebene Verfahren kann in vorteilhafter Weise zur Inspektion von geschlossen Räumen natürlichen und unnatürlichen Ursprungs, z. B. von Höhlen und Schächten, unter Verwendung von referenzfreien Lageerfassungssystemen verwendet werden. Das beschriebene Verfahren kann hierbei insbesondere mittels einer Vermessungsanordnung gemäß einer der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden.
Für das beschriebene Verfahren kann die Registrierung der eingesetzten Lageerfassungssysteme zueinander notwendig sein. Hierbei müssen zeitliche, rotatorische und/oder translatorische Zusammenhänge zwischen den Lageerfassungssystemen und gegebenenfalls dem Messsystem bestimmt werden, um die Lagedaten fusionieren und in einem Referenzkoordinatensystem bestimmen zu können. Für diese Referenzierung der Lagesensoren sind Verfahren bekannt.
Somit ermöglicht das beschriebene Verfahren die Inspektion von Gebäuden im Rahmen eines Facility-Managements, z. B. im Rahmen von Lärmschutzmaßnahmen. Weiter wird die Inspektion von Gebäuden im Rahmen von sicherheitsrelevanten Aufgaben ermöglicht, z. B. für Einsätze der Polizei und Feuerwehr. Weiter ist eine Inspektion von Industrieanlagen, z. B. von Tanks, möglich.
Weiter können die ersten und die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten zu resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten fusioniert werden, wobei ausschließlich die durch die fusionierten oder resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten codierten Positions- und/oder Orientierungsinformationen abgespeichert werden. Die fusionierten Positions- und/oder Orientierungsdaten können die Positions- und/oder Orientierungsinformationen darstellen oder es können die Positions- und/oder Orientierungsinformationen in Abhängigkeit der fusionierten Positions- und/oder Orientierungsdaten bestimmt werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine, wie vorhergehend erläutert, verbesserte Genauigkeit der Positions- und/oder Orientierungsinformationen sowie ein verringerter Speicherplatzbedarf.
Weiter kann ein Ursprung eines systemeigenen Koordinatensystems des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und ein Ursprung eines systemeigenen Koordinatensystems des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems oder ein Ursprung eines gemeinsamen Koordinatensystems zu Beginn eines Betriebs einer Vermessungsanordnung oder zu Beginn einer Messung oder zu einem Zeitpunkt einer Erzeugung eines Initialisierungssignals initialisierbar sein. Hierbei bedeutet initialisierbar, dass aktuelle Positions- und/oder Orientierungsinformationen bzw. Positions- und/oder Orientierungsdaten ab dem Zeitpunkt der Initialisierung als Referenz- oder Ursprungskoordinaten verwendet werden. Somit werden die aktuellen Positions- und/oder Orientierungsinformationen bzw. die Positions- und/oder Orientierungsdaten zurückgesetzt. Ab diesem Zeitpunkt und bis zu einer erneuten Initialisierung werden nunmehr Positions- und/oder Orientierungsinformationen relativ zu diesem Ursprung bestimmt.
Ein Initialisierungssignal kann beispielsweise durch Betätigung einer entsprechenden Betätigungsvorrichtung, beispielsweise eines Tasters oder Schalters, erzeugt werden. Somit kann ein Benutzer, wenn sich die Vermessungsanordnung in einer von ihm gewünschten Lage und/oder Orientierung befindet, die systemeigenen Koordinatensysteme initialisieren. In diesem Fall können alle bisher erzeugten Positions- und/oder Orientierungsinformationen bzw. Positions- und/oder Orientierungsdaten auf den neu initialisierten Ursprung umgerechnet werden. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass bereits generierte Informationen zur räumlichen Referenzierung nicht verloren gehen. So kann ein Nutzer beispielsweise eine vollständige Vermessung durchführen und nach der Messung die systemeigenen Koordinatensysteme in einer von ihm gewünschten Position und/oder Orientierung der Vermessungsanordnung initialisieren.
Beispielsweise kann auf diese Weise ein Bezug zu einem globalen oder vorrichtungsexternen Koordinatensystem hergestellt werden. So kann die Vermessungsanordnung in eine Position und/oder Orientierung gebracht werden, die in Bezug auf ein gewünschtes globales oder vorrichtungsexternes Koordinatensystem, beispielsweise ein Koordinatensystem eines GNSS, bekannt ist. Werden die systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme in dieser Position und/oder Orientierung initialisiert, so kann eine Registrierung zwischen den bereits erzeugten oder noch zu erzeugenden Positions- und/oder Orientierungsinformationen und dem globalen Koordinatensystem bestimmt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Benutzer in erfindungsgemäß beschriebener Weise geschlossene Räumlichkeiten vermisst und nach Abschluss der Vermessung sich aus den geschlossenen Räumen hinaus in einen Freiraum bewegt, in welchem eine Position und/oder Orientierung beispielsweise mittels eines GNSS-Sensors mit ausreichender Genauigkeit bestimmbar sind. Weiter kann, z. B. mittels eines GNSS-Sensors, dann eine aktuelle Position und/oder Orientierung der Vermessungsanordnung in einem Koordinatensystem des GNSS bestimmt werden. Weiter können, wie vorhergehend erläutert, die systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme initialisiert werden und eine Umrechnung der gespeicherten Positions- und/oder Orientierungsinformationen auf das Koordinatensystem des GNSS erfolgen.
Auch ist es möglich, z. B. bildbasiert, eine Struktur oder ein Objekt zu detektieren, dessen Position und/oder Orientierung in einem globalen Koordinatensystem bekannt ist. Weiter kann eine Position und/oder Orientierung der detektierten Struktur oder des detektierten Objekts in den systemeigenen Koordinatensystemen der Lageerfassungssysteme bestimmt werden. Schließlich kann dann eine Umrechnung der bereits bestimmten Positions- und/oder Orientierungsinformationen oder noch zu bestimmenden Positions- und/oder Orientierungsinformationen auf das globale Koordinatensystem erfolgen.
In diesem Fall können also die unreferenzierten systemeigenen Koordinatensysteme der Lageerfassungssysteme auf die Position und/oder Orientierung des Objekts oder der Struktur initialisiert werden.
Wird eine Stereokamera als Lageerfassungssystem verwendet, so kann auch eine räumliche Referenzierung eines 2D-/3D-Umgebungsmodells erfolgen, welches in Abhängigkeit der Bilddaten des Stereokamerasystems erzeugt wird.
Aus den bestimmten und gespeicherten Positions- und/oder Orientierungsinformationen kann auch eine Trajektorie der Vermessungsanordnung bestimmt werden. Somit ist es möglich, zu einem späteren Zeitpunkt eine Trajektorie in einem 2D-/3D-Modell darzustellen.
Weiter können Positions- und/oder Orientierungsinformationen in einem vorbestimmten Koordinatensystem bestimmt werden, beispielsweise mittels des vorhergehend erläuterten referenzierten Lageerfassungssystems. Weiter werden die mittels des ersten und/oder des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems erfassten Positions- und/oder Orientierungsinformationen relativ zum systemeigenen oder gemeinsamen Koordinatensystem in Positions- und/oder Orientierungsinformationen relativ zum vorbestimmten Koordinatensystem umgerechnet, wobei das vorbestimmte Koordinatensystem verschieden vom systemeigenen oder gemeinsamen Koordinatensystem ist. Das vorbestimmte Koordinatensystem ist insbesondere ein vorrichtungsexternes Koordinatensystem. Die Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsinformationen in dem vorbestimmten Koordinatensystem und/oder die Umrechnung kann/können hierbei kontinuierlich, in festen zeitlichen Abständen oder an unregelmäßig beabstandeten Zeitpunkten erfolgen, wobei die Zeitpunkte von Bestimmung und Umrechnung auch verschieden sein können. Beispielsweise kann die Bestimmung und/oder Umrechnung nur dann erfolgen, wenn eine Bestimmung physikalisch möglich ist. Auch kann die Bestimmung und/oder Umrechnung nur auf Benutzerwunsch, z. B. aufgrund eines entsprechenden Aktivierungssignals, erfolgen.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Bestimmung von Positions- und/oder Orientierungsinformationen in einem gewünschten, beispielsweise gebäudefesten, Koordinatensystem, erfolgen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vermessungsanordnung.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vermessungsanordnung 1 in einem schematischen Blockschaltbild dargestellt. Die Vermessungsanordnung 1 umfasst ein sensorisches System 2 zur Erzeugung von Messdaten. Das sensorische System 2 umfasst hierbei einen Sensor 3, z. B. einen Feuchtesensor. Weiter umfasst das sensorische System 2 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 4, die Ausgangssignale des Sensors 3 vorverarbeiten kann und einen Betrieb des Sensors 3 steuert. Weiter dargestellt ist, dass das sensorische System 2 eine Betätigungseinrichtung 5 zur Aktivierung des sensorischen Systems 2 oder der Vermessungsanordnung 1 umfasst, die beispielsweise als Schalter ausgebildet sein kann.
Weiter umfasst die Vermessungsanordnung 1 ein kombiniertes Lageerfassungssystem 6. Das kombinierte Lageerfassungssystem 6 umfasst als erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem einen Inertialsensor 7. Weiter umfasst das kombinierte Lageerfassungssystem 6 als zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem ein Stereokamerasystem, welches eine erste Kamera 8 und eine zweite Kamera 9 umfasst. Das erste unreferenzierte Lageerfassungssystem erfasst erste Positions- und Orientierungsdaten mit Bezug auf ein systemeigenes dreidimensionales Koordinatensystem 11. Entsprechend erfasst das zweite unreferenzierte Lageerfassungssystem zweite Positions- und Orientierungsdaten mit Bezug auf ein systemeigenes dreidimensionales Koordinatensystem 12. Hierbei erfasst die erste Kamera 8 und die zweite Kamera 9 jeweils Bilddaten in einem zweidimensionalen kameraeigenen Koordinatensystem 13, 14, wobei die Bilddaten in diesen Koordinatensystemen 13, 14 dann von einer weiteren Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 in das systemeigene dreidimensionale Koordinatensystem 12 umgerechnet werden. Somit werden erste Positions- und/oder Orientierungsdaten von dem Inertialsensor 7 und Bilddaten von den Kameras 8, 9 des Stereokamerasystems an die weitere Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 übertragen, die aus den Ausgangssignalen Positions- und/oder Orientierungsinformationen berechnet, wobei die in den Ausgangssignalen des Inertialsensors 7 kodierten ersten Positions- und/oder Orientierungsdaten mit den in den Bilddaten der Kameras 8, 9 kodierten Positions- und/oder Orientierungsdaten miteinander fusioniert werden. Die berechneten Positions- und/oder Orientierungsinformationen können z. B. referenziert zu einem vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem 15 sein. Hierbei kann die Auswerte- und Recheneinrichtung 10 auch Methoden der Bildverarbeitung durchführen. Weiter werden sowohl die von der ersten Steuer- und Auswerteeinrichtung 4 als auch die von der weiteren Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 bestimmten Daten in einer Speichereinrichtung 16 referenziert zueinander gespeichert. Somit sind also vorverarbeitete Messdaten räumlich referenziert zu einem gemeinsamen Koordinatensystem, nämlich dem vermessungsanordnungsfesten Koordinatensystem 15, des Inertialsensors 7 und des Stereokamerasystems gespeichert. Das vermessungsanordnungsfeste Koordinatensystem 15 ist hierbei lage- und rotationsfest gegenüber der Vermessungsanordnung 1.
Das sensorische System 2 und die Elemente des kombinierten Lageerfassungssystems 6 sind ebenfalls orts- und drehfest zueinander auf oder in der Vermessungsanordnung 1 angeordnet. Insbesondere sind auch die Kameras 8, 9 sowie der Initialsensor 7 orts- und drehfest zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass sich eine Registrierung zwischen den einzelnen Ausgangsdaten während des Betriebes nicht ändert.
Auch können das sensorische System 2 und die Elemente des kombinierten Lageerfassungssystems 6 mechanisch lose gekoppelt sein, z. B. wenn es die Anforderungen an die Genauigkeit der räumliche Referenzierung zulassen. Mechanisch lose kann beispielsweise bedeuten, dass die mechanische Kopplung derart ausgebildet ist, dass sich eine Position des sensorischen Systems 2 immer innerhalb eines Kugelvolumens mit einem vorbestimmten Radius befindet, wobei ein Mittelpunkt des Kugelvolumens referenziert zu den Positions- und/oder Orientierungsinformationen bekannt ist. Dies gestattet beispielsweise eine Feuchtemessung per Hand direkt an einer Raumwand.
Die weitere Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 kann hierbei in Echtzeit eine Lage in drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden, bezogen auf das vermessungsanordnungsfeste Koordinatensystem 15, bestimmen. Zusätzlich kann die weitere Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 aus den Ausgangssignalen der Kameras 8, 9 ein 3D-Modell erzeugen. Informationen des 3D-Modells können ebenfalls in der Speichereinrichtung 16 räumlich referenziert gespeichert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011084690 [0007, 0042, 0046]

Claims

Vermessungsanordnung, insbesondere zur Vermessung von geschlossenen Räumen und/oder von Außenbereichen mit gestörten oder fehlendem GNSS-Empfang, wobei die Vermessungsanordnung (1) mindestens ein sensorisches System (2) zur Erzeugung von Messdaten umfasst, wobei die Vermessungsanordnung (1) weiter ein erstes unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung erster Positions- und/oder Orientierungsdaten und mindestens ein zweites unreferenziertes Lageerfassungssystem zur Erzeugung zweiter Positions- und/oder Orientierungsdaten umfasst, wobei die Vermessungsanordnung (1) weiter mindestens eine Speichereinrichtung (16) umfasst, wobei Messdaten und durch die ersten und/oder zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten codierte Positions- und/oder Orientierungsinformationen referenziert zueinander in der Speichereinrichtung (16) speicherbar sind.
Vermessungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessungsanordnung (1) eine Recheneinrichtung umfasst, wobei mittels der Recheneinrichtung die ersten und die zweiten Positions- und/oder Orientierungsdaten zu resultierenden Positions- und/oder Orientierungsdaten fusionierbar sind.
Vermessungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste unreferenzierte Lageerfassungssystem als optisches Lageerfassungssystem und das mindestens zweite unreferenzierte Lageerfassungssystem als inertiales Lageerfassungssystem ausgebildet ist.
Vermessungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Lageerfassungssystem als Stereokamerasystem ausgebildet ist.
Vermessungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessungsanordnung (1) eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung mindestens einer Kamera (8, 9) des Stereokamerasystems umfasst.
Vermessungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das sensorische System (2) gleichzeitig als ein unreferenziertes Lageerfassungssystem ausgebildet ist.
Vermessungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessungsanordnung (1) zusätzlich mindestens ein weiteres Lageerfassungssystem umfasst, wobei das weitere Lageerfassungssystem einen GNSS-Sensor, einen Laserscanner, ein Magnetometer oder einen Neigungssensor umfasst.
Vermessungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest sensorische Elemente des mindestens einen sensorisches Systems zur Erzeugung von Messdaten, des ersten unreferenzierten Lageerfassungssystems und des zweiten unreferenzierten Lageerfassungssystems einer Sensorkopfeinheit zugeordnet sind, wobei die Sensorkopfeinheit an oder in einem Helm oder an oder in einem Handgerät oder an oder in einem tragbaren Gehäuse oder an oder in einer Brille angeordnet ist.
Vermessungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vermessungsanordnung (1) mindestens eine Beleuchtungseinrichtung umfasst, wobei mittels der Beleuchtungseinrichtung Licht im nicht-sichtbaren Bereich erzeugbar ist.
Vermessungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessungsanordnung (1) zumindest einen Teil eines referenzierten Lageerfassungssystems umfasst.