DK169045B1 - Fremgangsmåde til tredimensional overvågning af genstandsrum - Google Patents

Description

DK 169045 B1

FREMGANGSMÅDE TIL TREDIMENSIONAL OVERVÅGNING AF ET GENSTANDSRUM

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til tre-5 dimensional overvågning af et genstandsrum, hvilken frem gangsmåde omfatter trinene: a) anbringelse af i det mindste to billedoptagere, såsom videokameraer, til at registrere genstandsrummet, 10 b) anbringelse af billedoptagerne under en vinkel i forhold til hinanden med henblik på at observere genstandsrummet, c) digitalisere billederne, som modtages af billedoptager- 15 ne, d) lokalisere genstandspunkter i billedplanet for billedoptagerne, og 20 e) beregne rumkoordinaterne for genstandspunkterne i det tredimensionale genstandsrum på basis af billedkoordiriater-ne og forud valgte konstanter.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse kan be-25 nyttes til at føre kontrol med et genstandsrum under forskellige forhold og muligvis til i tre dimensioner at styre opgaver, der udføres deri. Eftersom det er tredimensionale variable, der beskriver de herskende forhold, fører et anlæg til brug ved udøvelse af fremgangsmåden kontrol med 30 forskellige størrelser, der beskriver genstandsrummet og de geometriske former af elementer indeholdt deri, såvel som med deres indbyrdes positioner og placering i genstandsrummet og de fysiske egenskaber af de forskellige elementer i genstanden.

I den kendte teknik kendes der forskellige fremgangsmåder 35 DK 169045 B1 2 til at føre tredimensional kontrol med genstandsrummet ved hjælp af bil ledoptagere, blandt andre dem, der er gjort kendt i GB offentliggørelsesskrift nr. 2.099.255 og DE offentliggørelsesskrift nr. 2.402.204.

5 I fremgangsmåden ifølge GB offentliggørelsesskrift nr. 2.099.255 bestemmes placeringen af en genstand i bevægelse i genstandsrummet ved hjælp af i det mindste to kameraer. Placeringen af genstanden identificeres i billedplanet for 10 hvert kamera, og ved hjælp af disse billedkoordinater for genstanden beregnes derefter placeringen af genstanden i genstandsrummet. Beregningsfremgangsmåden er baseret på linsens projektionsligning. Brændvidden for optikken i begge kameraer er kendt. Som en forberedelse af fremgangsmåden 15 bestemmes de genstandsrumskoordinater, i forhold til hvilke vinklerne for hovedakserne for kameraoptikken er defineret, såvel som afstandene for kameraerne i forhold til begyndelsespunktet for genstandsrumskoordinaterne.

20 I fremgangsmåden ifølge DE offentliggørelsesskrift nr. 2.402.204 bestemmes placeringen af genstanden i genstandsrumskoordinater ved hjælp af tre kameraer, der er placeret i den samme plan under en vinkel på 90° i forhold til hinanden. Afstanden for kameraerne fra begyndelsespunktet for 25 genstandsrumskoordinaterne er kendt. Placeringen af genstanden i billedplanet for hvert kamera udtrykkes, og afvigelsen for genstanden, det vil sige vinklen i forhold til hovedaksen for hvert kamera (akserne for genstandsrumskoordinaterne), defineres. Rumkoordinaterne for genstanden be-30 regnes ifølge visse geometriske ligninger, hvori de nævnte vinkler og konstanter er indsat.

Den store ulempe ved disse fremgangsmåder og apparater, der er gjort kendt i de ovennævnte offentliggørelsesskrifter, 35 er deres usmidighed; de er installeret til at føre kontrol med et givet rum, hvorefter de ikke kan flyttes. Dette gæl- DK 169045 B1 3 der især, når flere kameraer anvendes til sand tredimensional måling, for så er kameraerne placeret under visse vinkler (45°, 90°) i forhold til hinanden. Dette er med til at undgå komplekse beregninger, når koordinaterne forandres.

5 Den fremgangsmåde og det apparat, der er gjort kendt i GB offentliggørelsesskrift nr. 2.099.255, finder anvendelse i forbindelse med påvisningen af placeringen af en given genstand og står ikke i forbindelse med observering af forandringer inde i genstandsrummet. Dette gælder især, når 10 kameraerne er placeret under andre vinkler end 90° i forhold til hinanden, for i så tilfælde er chancerne for fejl i placeringen af genstandene drastisk forøget; vinklerne for hovedakserne for kameraerne i forhold til akserne for genstandsrumskoordinaterne skal bestemmes ekstremt nøjag-15 tigt såvel som afstandene for kameraerne fra begyndelsespunktet for genstandsrumskoordinaterne. Dette behov for præcision ved installeringen og orienteringen af kameraerne betyder, at den nøjagtighed, der opnås med fremgangsmåden i sin helhed, forbliver forholdsvis beskeden, medmindre disse 20 opgaver udføres, alt imedens man gør sig umage for at være omhyggelig. Yderligere fejl forårsages af ulemper i kameraoptikken. Imidlertid betyder optik af høj kvalitet og omhyggelig samling altid store udgifter.

25 Fra WO offentliggørelsesskrift nr. WO 85/04245 kendes endvidere en fremgangsmåde til optisk måling af dimensioner af genstande samt et apparat til brug ved udøvelse af fremgangsmåden .

30 Dimensionerne, der skal måles, er tværsnit, det vil. sige tykkelse og bredde, af en genstand, såsom en plade. Der er to kameraer, der hver kan gennemsøge en og samme plan, hvilke to kameraer er anbragt med deres optiske akser i en indbyrdes vinkel på 90° til måling af tykkelsen henholdsvis 35 bredden af genstanden.

DK 169045 B1 4

Der findes også et tredie kamera i afstand fra de to første kameraer, hvilket tredie kamera alene anvendes til at måle en eventuel skæv stilling af genstanden. De to første kameraer er kalibreret hver for sig ved hjælp af forskellige 5 referencepunkter anbragt på en kalibreringsramme. Endelig er kontrolpunkter for det tredie kamera anbragt i to nøjagtigt parallelle og absolut rette linier på en forud fastsat måde.

10 Denne kendte fremgangsmåde er uegnet til overvågning af et genstandsrum af den art, der er anført ovenfor.

Det er formålet for den foreliggende opfindelse at angive en fremgangsmåde, som ikke er knyttet til en bestemt gen-15 stand eller ramme og som kan anvendes til en særdeles nøjagtig måling eller stedbestemmelse af detaljer på en genstand i rummet, hvilke detaljer måtte være vigtige og interessante med henblik på at fastlægge genstandens geometri, såsom hjørner og lignende punkter på genstanden. Disse 20 vigtige geometriske egenskaber eller enkelte punkter, der skal fastlægges, kan angives eller udpeges ved hjælp af lyspletter, der aftaster genstanden eller gennemsøger hele genstandsrummet.

25 Dette formål opnås ved en fremgangsmåde af den indledningsvist angivne art, hvilken fremgangsmåde ifølge opfindelsen er særegen ved følgende yderligere trin: f) arrangere kontrolpunkter i genstandsrummet, 30 g) måle kontrolpunkternes koordinater (Xk, Yk, Zk; k = 1, 2, 3 ...), h) lokalisere kontrolpunkterne i billedplanet for billedop-35 tagerne, DK 169045 B1 5 i) bestemme de projektionsvise billedkoordinater (xki, yki, xkj, yk.) for kontrolpunkterne på bil ledplanerne for de tilsvarende billedoptagere, hvorefter kontrolpunkterne kan fjernes fra genstandsrummet, 5 j) beregne nye orienteringsparametre (an~. - -~a33) for en projektiv tilbageskæring på basis af billed- og genstandsrumskoordinatværdier for kontrolpunkterne, 10 k) observere genstandspunkter på billedplanet for billedop-tagerne, l) registrere de projektionsvise billedkoordinater (xir yx;

Xj, Yj) for de observerede genstandspunkter for de tilsva- 15 rende billedoptagere, og m) løse de ubekendte genstandsrumskoordinater (X, Y, Z) for de observerede genstandspunkter i en tidstro behandling ved hjælp af de registrerede billedkoordinater (x, y), idet der 20 benyttes projektiv fremskæring og den følgende transforma-tionsmatrix:

I X ! Xo I an ai2 a13 I X I

j Yi ‘ I Yo ! + 1 a21 a22 a23 ' | Y ! 25 Izj.j iZoiij ! a31 a32 a33 ij icilj hvor 30 Xif ΥΑ, Z. = genstandsrumskoordinaterne, det vil sige X ., Y., Z. koordinaterne for genstandspunkterne i j 3 1 XYZ-koordinaterne i genstandsrummet,

Xoi, Yoi, Zoi = konstanter, der repræsenterer projek-35 Xoj, Yoj, Zoj tionspunktet 0iA Oj i hver billedoptager i, j, DK 169045 B1 6 an · · · a33 = projektive orienteringsparametre for billederne, 5 ci^ cj = konstanter for billedoptagerne, xir y± = koordinaterne for billedpunkterne i bil- x., y ledplanerne for hver billedoptager i, j, og 10 i, j = billedoptagerne i og j.

Målefremgangsmåden ifølge opfindelsen er en tidstro fremgangsmåde og resultatet fås i observationsøjeblikket. Ud 15 over den tredimensionale geometriske information kan fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse benyttes til observering af sådanne fysiske størrelser, der er nødvendige til at definere de karakteristiske data for genstands-rummet. Genstanden under måling kan være af stor størrelse, 20 og det er ikke nødvendigt at begrænse antallet af udpegninger (eng.: pointings). Fremgangsmåden kræver ikke, at målepunkterne skal aktiveres eller afmærkes. Målearealet er hele det frit synlige areal. Når det kræves, kan måleanlægget til realisering af fremgangsmåden flyttes og med lethed 25 genopstilles, og det kan automatiseres i meget høj grad.

Derudover har fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse nogle egenskaber, der er nyttige indirekte. Først og fremmest bliver brugen - sammen med fremgangsmåden ifølge 30 den foreliggende opfindelse - af fotogrammetri mulig ved adskillige sådanne måleopgaver, der kræver en tidstro fremgangsmåde, hvilke måleopgaver hidtil har været umulige i praksis. Lad os som et eksempel nævne forskellige samlings-og installeringsopgaver, undervandskontrol og -vedligehol-35 delse, fjernstyret navigering af styrede befordringsmidler og rumovervågning baseret på observation af temperaturer.

DK 169045 B1 7

For det andet fører en forøgelse af graden af automatisering ved de fleste måleopgaver til en forøgelse af effektiviteten. Tiden til udførelsen af opgaverne bliver afkortet, og behovet for kostbar systemekspertice bliver i 5 hovedsagen begrænset til de opgaver, der går forud for opstillingen af måleanlægget og -rummet. For det tredje kan man - sammen med måleanlægget - integrere arbejdet med fremstilling og samling ind i eksisterende databehandlings-, planlægnings- og materialeadministrationsarrangementer 10 tilhørende brugeren. Det påpeges tillige, at udnyttelsesgraden af brugerens CAD system forøges, når det kan benyttes både til at kontrollere måleanlægget og til at sammenligne måleresultaterne umiddelbart med planernes kendetal.

15

Ved kendetal skal der her forstås et bestemt måltal, såsom en bestemt afstand mellem to punkter på en plan genstand (hvilken afstand tages fra for eksempel en teknisk tegning). Når målingen er udført, sammenlignes måleresultatet 20 med det kendte måltal og på grundlag af denne sammenligning er det muligt at afgøre, om genstanden har den korrekte form eller ej.

I det følgende er fremgangsmåden ifølge opfindelsen og dens 25 baggrund forklaret mere detaljeret under henvisning til de vedføjede tegninger, hvori:

Fig. 1 illustrerer en geometrisk model, hvorpå fremgangsmåden ifølge opfindelsen er baseret, 30 fig. 2 illustrerer, hvorledes et genstandspunkt lokaliseres på grundlag af mindst to planprojektioner, fig. 3 illustrerer et måleanlæg til brug ved anvendelse 35 af fremgangsmåden ifølge opfindelsen vist som et blokdiagram, DK 169045 B1 8 to fig. 4 illustrerer en billedbehandlingsenhed i det i fig.

3 viste måleanlæg som et blokdiagram, og 5 fig. 5 illustrerer, hvorledes der gøres brug af kontrol punkter ved bestemmelsen af orienteringsparametre.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse til tredimensional kontrol med et genstandsrum er baseret på bru-10 gen af projektive, todimensionale planobservationer. Når en given detalje er observeret og lokaliseret ved hjælp af i det mindste to billeder i billedoptagere, såsom videokameraer, kan dens placering i genstandsrummet bestemmes ved hjælp af tredimensionale koordinater. Lad os betragte fig.

15 1. I denne figur er et genstandspunkt P projiceret ind på en billedplan som punktet P'. Afstanden mellem genstands-punktet P og billedpunktet P' bestemmes gennem projektion i en såkaldt tilbageskæring.

20 Den almene projektionsligning i tilbageskæringstilfældet kan udtrykkes som følger: ( (x-xo) BjjiX-Xo) + a21(Y-Y0) + a31(Z-Z0) 25 : (z-z0) ai3(X-X0) + *23(γ-γο) + a33(z"z0) (i) i I (Y-Yo) ai2(X-X0) + a22 (Y—Yo) + a32(z“zo) :χ (z-z0) a13(X-X0) + a23(Y-Y0) + a33(Z-z0), 30 hvor x, y, z = billedkoordinaterne for billedpunktet, 35 x0, y0, z0 = billedkoordinaterne for projektionscentret i billedoptageren, DK 169045 Bl 9 X, Y, Z a genstandsrumskoordinaterne for genstandspunktet, X0, Y0, Z0 = konstanter, der repræsenterer 5 projektionspunktet 0, og a ... a = elementerne, det vil sige orienteringsparametrene, i den ortogonale rotationsmatrix for koordinatskiftene 10 mellem kamerakoordinaterne og genstandsrumskoordinaterne.

Når vi skriver z-z0 = c, det vil sige den absolutte værdi for afstanden mellem projektionscentret for biliedoptageren 15 og billedplanet ("brændvidden") og indsætter dette udtryk i ligningerne (1), får vi ' *1ΐ(Χ-Χθ) + 32ΐ(Υ-Υ0) + a3l(Z-Zo) X = x0 + c· - 20 a13(X-X0) + a23(Y-Yo) + a33(2-Z0) (2) I a12(X-X0) + a22(Y-Y0) + a32(Z-Z0) ; y = y0 + c·----- a13(X-X0) + a23(Y-Y0) + a33(Z-z0).

25

Orienteringsparametrene an — a33 inkluderer de ubekendte størrelser yf , Φ og CO , der er orienteringsvinklerne mellem genstandsrumskoordinaterne og billederhvervelsesko-ordinaterne. Man har nu, at løsning med hensyn til de ube-30 kendte størrelser for hvert billede medfører i det mindste bestemmelsen af de følgende ubekendte: i DK 169045 B1 10

y( , cp / CO

(3) < X0, Y0r z0 = C

5 i l,*o' Z0

Det totale antal ubekendte er ni. Fra hvert forud fastsat kontrolpunkt får vi to observationsligninger (2), og derfor 10 behøver vi for at finde løsningerne for de ubekendte i et enkelt billede i det mindste fem kontrolpunkter, hvor X, Y og Z er kendt. Tillige påpeges det, at kontrolpunkterne for at få en entydig løsning skal være uafhængige af hinanden på en sådan måde, at de ikke er placeret i den samme plan.

15

Projektionsstrålerne er aldrig absolut rette, men de undergår diffraktion i det middel (luft, linse, vand og så videre), der udgør mediet. Disse diffraktionsfejl kan tages med i beregningerne ved at udbygge den matematiske model ved 20 hjælp af såkaldte hjælpeparametre. Hvis disse hjælpeparametre kan behandles som systematiske kilder til fejl, kan de løses billed for billed. De mest almindeligt anvendte modeller for hjælpeparametre korrigerer for linseforvrængningsfejl og fejl i billedkoordinaterne.

25

Brugen af den udbyggede model skal altid overvejes særskilt i hvert enkelt tilfælde. Praksis har vist, at det er berettiget at anse, at der findes en grund til at bruge den udbyggede model, når indflydelsen fra hjælpeparametrene er i 30 det mindste 1/5 af målenøjagtigheden for billedkoordinaterne. Brugen af hjælpeparametre kræver også en respektiv målenø jagtighed, for så vidt angår genstandsrumskoordinaterne for kontrolpunkterne. Hver enkelt parameter kræver parameter for parameter nye kontrolpunkter og observationslignin-35 ger (2).

DK 169045 B1 11

Den omvendte projektion, fig. 2, det vil sige fra billed til genstand, er ikke entydig, for så vidt angår genstandspunktet P. I det mindste to planprojektioner anvendes ved lokaliseringen af genstandspunktet. Lokaliseringen udføres 5 ved hjælp af projektionslinierne OjPj (i = 1, 2, 3, ...) rekonstrueret ud fra de projektive målinger i en såkaldt fremskæring.

Ved fremskæringen benyttes de omvendte former af projekti-10 onsligningerne (1). Fordi der, når man definerer genstandspunkterne, i hvert enkelt tilfælde skal defineres tre koordinatværdier, skal genstandspunktet altid observeres med to billeder i og j.

15 Den almene projektionsligning kan fremstilles på følgende form: f (X-X0) au(x-x0) + a12(y-y0) + a13(z-z0) i i 20 I (Z-Z0) a31(x-x0) + a32(y-y0) + a33(z-z0) (4) <j ! (Y-Y0) a21(x-x0) + a22(y-y0) + a23(z-z0) [ (Z“Z0) a3l(X-Xo) + a32(Y-Yo) + a33(Z“Zo)- 25 hvor x og y er de observerede kamerakoordinater for det nye punkt i billederne i og j, og 30 X, Y, Z - . er genstandsrumskoordinaterne for det nye punkt, hvilke genstandsrumskoordinater skal beregnes.

Resten af størrelserne, det vil sige, orienteringsparame-35 trene an ... a33, findes ved løsning billed for billed i forbindelse med tilbageskæringen.

DK 169045 B1 12

Ved at indsætte observationerne og det ved løsning fundne for de ubekendte størrelser i ligningerne (4) får vi 5 f X-X0i = (Z-Zoi) . In Y-Y0i - (Z-Z0i) . Ii2 (5) < x-xoj = (Z-Z0j) . ijx 10 N Y-Yoj - (Z-Z0j) . ij2 I ligningerne er den højre side i ligningerne (4) markeret billedvis med de følgende konstanter: Ιη, li2/ 1^ og lj2.

15 Derefter kan genstandsrumskoordinaterne findes ved løsning af ligninger (5) trin for trin som følger: a) X = Xoi + (Z-Zoi) · In = X0j + (Z-Z0.) - Ijj, 20 b) X0i + Z · In - Z0i . Iu = Xoj + Z - In - Zoj · Ijl X0j - Xoi - z0j · Ij! + z0i · I« C) Z --------------

In - Iji 25 hvorefter Z løses, og processen fortsættes for eksempel som følger: d) X = (Z-Z0.) · I„ - Xoi og 30 e) Y = (Z-Zoi) - Ij2 - Yoi, hvorefter X og Y også er løst.

35 Hvis den udbyggede model med hjælpeparametre anvendes, foretages der inden løsning med hensyn til genstandsrumskoor DK 169045 B1 13 dinaterne X, Y, Z korrektioner i billedobservationerne xA, y.; x.. og y. svarende til de korrektioner, der foretages i forbindelse med tilbageskæringsfremgangsmåden.

5 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen installeres billedop-tagerne, såsom videokameraer, under en vinkel i forhold til hinanden med henblik på at observere det ønskede genstandsrum, og i dette genstandsrum arrangeres der kontrolpunkter; genstandskoordinaterne Xk, Yk, Zk; k = 1, 2, 3 ... for de 10 nævnte kontrolpunkter måles, og de projektionsvise billed-koordinater xki, yki; xkj, ykj bestemmes på de tilsvarende billedoptagere i, j, hvorefter kontrolpunkterne kan fjernes fra genstandsrummet; på basis af billed- og genstandsrumskoordinatværdierne beregnes orienteringsparametrene 15 an ... a33 for den projektive tilbageskæring, hvorefter de ubekendte genstandsrumskoordinater X, Y, Z for de observerede genstandspunkter kan findes ved løsning med hensyn dertil i en tidstro fremgangsmåde ved hjælp af billedkoor-dinaterne xA, yi; xjf yjf der er observeret på billedopta-20 gerne, idet der gøres brug af fremgangsmåden til projektiv fremskæring.

Det påpeges, at ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er det ikke nødvendigt at bestemme hverken bil-25 ledoptagerne eller deres placering, inden projektionen udføres, eller orienteringsvinklerne mellem genstands- og kamerakoordinaterne eller brændvidden for kameraerne. Endvidere fjernes de benyttede kontrolpunkter i almindelighed fra genstandsrummet umiddelbart efter, at deres placering 30 er bestemt, og/eller efter, at orienteringsparametrene er beregnet, så de ikke på nogen som helst måde forstyrrer den kontrol, der føres med genstandsrummet. Når orienteringsparametrene for biliedoptagerne er bestemt, kan hver enkelt tilstrækkeligt forandret genstand eller en genstand, der på 35 anden måde er markant i forhold til baggrunden, hvilken genstand er placeret inde i det fælles synsfelt for kamera- DK 169045 B1 14 erne, det vil sige inde i genstandsrummet, lokaliseres.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen bruges de én gang bestemte orienteringsparametre an ... a33 kontinuerligt ved 5 løsning med hensyn til de ubekendte genstandsrumskoordinater X, Y, Z for genstandspunkterne ved hjælp af billedkoor-dinaterne x, y, der observeres på billedoptagerne, så længe som de nævnte indretninger er positioneret under en rumvinkel i forhold til hinanden og registrerer genstandsrummet.

10 Når denne fremgangsmåde følges, sættes hastigheden for bestemmelsen af koordinaterne for genstandspunkterne betragteligt op; i bestemmelsesfremgangsmåden er det trin, der strækker sig over det længste tidsrum, beregningen af orienteringsparametrene .

15

Et foretrukket eksempel på anvendelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er en anvendelse, hvor billedoptagerne er forbundet med hinanden og er fast anbragt med indbyrdes afstande på en sådan måde, at det ønskede genstandsrum kan 20 observeres kontinuerligt med billedoptagerne og under rumvinkler i forhold til hinanden, så deres fælles synsfelt, det vil sige genstandsrummet, er defineret. Når anlægget kalibreres med kontrolpunkterne, kan afstandene registreres, hvis dette er nødvendigt. Dette betyder, at billedop-25 tagerne sammen med deres genstandsrum danner et lukket anlæg. Det er ikke afhængigt af eksterne faktorer. Når dette er tilfældet, kan projektionsanlægget bygges på en bevægelig platform (bil, togvogn, skib og så videre), og med det kan der føres kontrol med dets omgivelser uden for den be-30 vægelige platform inde i det område, der udgøres af det fælles synsfelt for billedoptagerne. Orienteringsparametrene kan bestemmes på forhånd under de ønskede forhold, hvorefter måleanlægget benyttes ved arbejde på stedet.

35 De almene ligninger for projektion under tilbageskæring (1) og under fremskæring (4) kan fremstilles på almen form som DK 169045 B1 15 den følgende transformationsmatrix:

X Xo all a12 a13 X

Y = Yo + a21 a22 a23 ' Y

5 z .. Z a01 a00 aOQ . . c . .

ij o ij 31 32 33 ij ij hvor

Xlf Zi = genstandsrumskoordinaterne, det vil sige 10 Xj, , Zj koordinaterne for genstandspunkterne i XYZ-koordinaterne i genstandsrummet,

Xoi, Yoi, Zoi = konstanter, der repræsenterer projek-

Xoj, Yoj, Zoj tionspunktet 0if 0.. i hver billedoptager 15 i, j, au — a33 = projektive orienteringsparametre for billederne, 20 ci7 Cj = konstanter for billedoptagerne, xi7 yt = koordinaterne for billedpunkterne i bil- xj7 yi ledplanerne for hver billedoptager i, j, og 25 i, j = billedoptagerne i og j.

På basis af denne transformationsmatrix kan der foretages løsning med hensyn til alle de krævede størrelser på den 30 måde, der blev beskrevet ovenfor i forbindelse med ligningerne (1) og (4).

Fig. 3 illustrerer et måleanlæg, hvor fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes. Det genstandsrum 1, der skal observe-35 res, er placeret på den tredimensionale akse for koordinaterne XYZ. Genstanden udgøres af observerbare punkter P (X, DK 169045 B1 16 Y, Z). Målingerne udføres ved registrering af genstandsrummet ved hjælp af billedoptagere 2 og 3, såsom videokameraer, placeret i given indbyrdes afstand. Billedoptagerne 2 og 3 er forbundet med et databehandlingsanlæg 4. Databe-5 handlingsanlægget 4 omfatter for eksempel en registreringsenhed 5, en billedbehandlingsenhed 6, en logikenhed 7 og en funktionsenhed 8. Registreringsenheden 5 styrer billeder-hvervelsen og den eventuelle afmærkning af målepunkterne og transmitterer billederne fremefter. Den er forsynet med for 10 eksempel de fornødne tidsdelere (eng.: timers) og A/D-om-sættere. I billedbehandlingsenheden 6 fortolkes billederne:

De fælles punkter for begge billeder eftersøges og billed-koordinaterne P'(x, y) beregnes, og eventuelt fortolkes de karakteristiske data for genstandspunktet; genstandskoordi-15 naterne for genstandspunktet P(X, Y, Z) beregnes, mellemresultater lagres, og eventuelt udføres der visse tidsmæssige sammenligninger mellem resultaterne. Slutresulatet fødes ind i logikenheden 7, hvor beslutninger om handlinger ta ges. Ind i beslutningstagelsesprocessen i logikenheden 7 20 kan der også fødes andre rumdata ud over rumdataene 13 erhvervet under opmålingen. Funktionsenheden 8 drager omsorg for de nødvendige handlinger 11 rettet mod genstandsrummet, de nødvendige handlinger 12 rettet mod billederhvervelses-rummet og andre handlinger 14, der inkluderer for eksempel 25 styring af operationerne i genstandsrummet.

I fig. 4 er der illustreret en foretrukken udførelsesform for billedbehandlingsenheden 6. Ind gennem en inddatagrænseflade A, B, der hører til enheden, fødes et digitaliseret 30 videosignal fra begge billedoptagere 2, 3 ind i første bil-ledlagre 15a, 15b. Billedoptagernes billedarealer og det tilsvarende genstandsrum kan observeres for eventuelle ændringer. Der kan fastsættes en tærskelværdi for de eventuelle ændringer, og når en ændring overstiger tærskelværdi-35 en, vil ændringen blive lokaliseret i tredimensionale koordinater. Identifikatorer 17a, 17b vil derfor sende en med- DK 169045 B1 17 delelse til bestemmelseskredsløb 18a, 18b, hvorefter stedet for ændringen, det vil sige transformationspunktet, defineres som billedkoordinaterne i billedarealerne for billedop-tagerne og derefter som genstandsrumkoordinaterne. Det før-5 ste 15a, 15b og et andet billedlager 16a, 16b er forbundet med identifikatorerne 17a, 17b af forandrede billedarealer, hvori tærskelværdien også er fastsat. Identifikatorerne 17a, 17b er koblet til bestemmelseskredsløbene 18a, 18b for billedkoordinaterne x, y for transformationspunktet. Når 10 det ønskes, kan indholdet i det andet billedlager 16a, 16b fornyes fra billedoptagerne 2, 3 gennem komplementære kredsløb 19a, 19b hørende til det andet billedlager.

De digitaliserede signaler lagres ind i det første billed-15 lager 15a, 15b og videre ind i identifikatorerne 17a, 17b af forandrede billedarealer, hvori den forud fra det andet billedlager 16a, 16b sendte billedinformation - eller tilsvarende information - er lagret. Når et billedareal identificeres som forandret i identifikatorerne 17a, 17b, un-20 dersøges det, om den forandrede billedinformation, såsom intensiteten for billedarealet, overstiger en forud fastsat tærskelværdi, og hvis svaret er positivt, beregnes koordinaterne x, y for det forandrede punkt ved hjælp af bestemmelseskredsløbene 18a, 18b.

25 Når det forandrede punkt x, y er bestemt i billedplanet for hver billedoptager 2, 3, fødes de nævnte billedkoordinater ind i en beregningsenhed 20 eller tilsvarende databehandlingsenhed. Ligningen (4) løses med hensyn til genstands-30 rumskoordinaterne, hvorefter de beregnede koordinater X, Y, Z for genstandspunktet fødes ind i logikenheden 7 gennem en uddatagrænseflade C.

Inden den egentlige måling skal orienteringsparametrene be-35 regnes som forklaret ovenfor. Dette udføres ved hjælp af bestemmelsen af kontrolpunkterne, hvilken fremgangsmåde er DK 169045 B1 18 illustreret i fig. 4 med blokken 21. Orienteringsparametrene beregnes i beregningsenheden 20, for eksempel på basis af ligningerne (1) eller (2) eller på basis af matrixen (6).

5 Målingen af kontrolpunkterne er illustreret i fig. 5. Bil-ledoptagerne og deres orienteringsretninger er repræsenteret ved hjælp af pilene 22 og 23. I genstandsrumskoordinaterae XYZ findes der en genstand 24, der skal observeres, 10 hvilken genstand sammen med dens omgivelser er inkluderet i synsfeltet, det vil sige genstandsrummet, for begge billed-optagere. I dette tilfælde er kontrolpunkterne 25 markeret som klart skelnelige fra baggrunden på forskellige sider af genstandsrummet på den mest fordelagtige måde, så genstan-15 den under observation er inkluderet i det rum, hvis omrids er dannet af kontrolpunkterne. I fig. 5 er der markeret ni kontrolpunkter 25. Billedkoordinaterne xk, yk for punkterne måles ud fra billederne ved hjælp af måleapparatet. Genstandsrumskoordinaterne Xk, Yk, Zk; k = 1, 2 ... 9 måles 20 for eksempel geodætisk ved at benytte et elektronisk tachy-meter, og koordinatværdierne fødes, for eksempel ved hjælp af et tastatur, ind i beregningsenheden 20. Derefter beregnes ved hjælp af beregningsenheden og på basis af transformationsmatrixen (6) orienteringsparametrene au ... a33.

25 Genstandsrumskoordinaterne for kontrolpunkterne kan også fødes direkte ind i beregningsenheden fra tachymetret koblet til apparatet.

Når orienteringsparametrene er beregnet ved hjælp af kon-30 trolpunkterae, er genstandsrummet defineret, og kontrolpunkterne, det vil sige deres mærker eller spor, kan fjernes. Derefter begrænser de på ingen måde målingen af genstanden eller bevægelser i genstandsrummet. Det er naturligvis klart, at den ovenfor beskrevne måling af kontrol-35 punkterne kan udføres i et tomt genstandsrum, det vil sige uden en hvilken som helst specifik genstand under måling.

DK 169045 B1 19 Når apparatet har "lært" disse kontrolpunkter, er det i stand til at bestemme alle andre punkter i genstandsrummet set af begge kameraer. Ved angivelse af disse ubekendte 5 punkter beregner anlægget koordinater for dem. Til at angive genstandspunkter, der skal måles, kan der benyttes må-lehjælpemærker, specifikke lyskilder eller et lysspot, der gennemsøger genstanden og/eller hele genstandsrummet. Særlige afmærkningsfremgangsmåder behøves ikke i alle tilfæl-10 de, men i stedet herfor kan der konstrueres anlæg, der automatisk gennemsøger genstanden for interessante målepunkter. Bevægelige genstande lokaliseres med lethed som sådanne.

15 Det understreges især, at billedoptagerne er i drift på en sådan måde, at de ud over synligt lys tillige er i stand til at registrere anden elektromagnetisk stråling. Ved fortolkningen kan genstandspunktet, der er lokaliseret tredimensionalt på basis af strålingsintensiteterne, også forsy-20 nes med lokal karakteristisk information om det nævnte genstandspunkt. Brugen af denne fremgangsmåde er ikke begrænset af billedopløsningen, men dette er altid knyttet til den krævede målenøjagtighed.

25 Strukturen af et måleanlæg, hvori fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes, kan i forskellige modifikationer og omgivelser være bemærkelsesværdigt forskellig fra dem, der er illustreret i fig. 3 og 4. Strukturen påvirkes også af de andre databehandlingsanlæg, der benyttes af brugeren, af 30 den benyttede grad af automatisering og naturen af operationerne 11, 12 og 14.

Claims (7)

1. Fremgangsmåde til tredimensional overvågning af et gen-5 standsrum, hvilken fremgangsmåde omfatter trinene: a) anbringelse af i det mindste to billedoptagere, såsom videokameraer, til at registrere genstandsrummet, 10 b) anbringelse af billedoptagerne under en vinkel i forhold til hinanden med henblik på at observere genstandsrummet, c) digitalisere billederne, som modtages af billedoptagerne, 15 d) lokalisere genstandspunkter i billedplanet for billedoptagerne, og e) beregne rumkoordinaterne for genstandspunkterne i det 20 tredimensionale genstandsrum på basis af billedkoordinater- ne og forud valgte konstanter, hvilken fremgangsmåde er kendetegnet ved følgende yderligere trin: 25 f) arrangere kontrolpunkter i genstandsrummet, g) måle kontrolpunkternes koordinater (Xk, Yk, Zk; k = 1, 30 2, 3 ...), h) lokalisere kontrolpunkterne i billedplanet for billedoptagerne, 35 i) bestemme de projektionsvise billedkoordinater (xki, yki, xkj, ykj) for kontrolpunkterne på billedplanerne for de 21 DK 169045 B1 tilsvarende billedoptagere, hvorefter kontrolpunkterne kan fjernes fra genstandsrummet, j) beregne nye orienteringsparametre (au ... a33) for en 5 projektiv tilbageskæring på basis af billed- og genstandsrumskoordinatværdier for kontrolpunkterne, k) observere genstandspunkter på billedplanet for billedop-tagerne, 10 l) registrere de projektionsvise billedkoordinater (xir yi; Xj, y..) for de observerede genstandspunkter for de tilsvarende billedoptagere, og 15 m) løse de ubekendte genstandsrumskoordinater (X, Y, z) for de observerede genstandspunkter i en tidstro behandling ved hjælp af de registrerede billedkoordinater (x, y), idet der benyttes projektiv fremskæring og den følgende transforma-tionsmatrix: 20 X Xo all a12 a13 X Y Yo a21 a22 a23 * Y Z ij Zo ij a31 a32 a33 ij C ^ 25 hvor Xi' Yi' Zi = genstandsrumskoordinaterne, det vil sige , Yy Zj koordinaterne for genstandspunkterne i

30 XYZ-koordinaterne i genstandsrummet, Xol, Yoi, Zoi = konstanter, der repræsenterer projek- Xoj, Y z tionspunktet O., Oj i hver billedoptager i, j, an · · · a33 = projektive orienteringsparametre for 35 DK 169045 B1 22 billederne, ct, Cj = konstanter for billedoptagerne, 5 xi' Υ± = koordinaterne for billedpunkterne i bil- κ.. , y. ledplanerne for hver billedoptager i, j, og 1, j = billedoptagerne i og j. 10

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de én gang beregnede orienteringsparametre (au ... a33) benyttes konstant, at der foretages løsning med hensyn til de ubekendte genstandsrumsko ordinater (X, Y, Z) for gen- 15 standspunkterne på basis af bil ledkoordinaterne (x, y), der observeres af billedoptagerne, så længe de nævnte indretninger er positioneret under en uændret rumvinkel i forhold til hinanden og registrerer det ønskede genstandsrum.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at billedoptagerne kobles ved givne indbyrdes afstande på stationær måde og under en uændret rumvinkel i forhold til hinanden, så deres fælles synsfelt, det vil sige genstandsrummet, er defineret, og dette genstandsrum kan observeres 25 kontinuerligt.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kontrolpunkterne vælges, så de daskker det tredimensionale genstandsrum registreret af billedoptagerne. 30

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at antallet af kontrolpunkter gøres større end fem, det vil sige større end det mindste antal, der kræves ved beregningen af orienteringsparametrene. 35

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, DK 169045 B1 23 at de genstandspunkter, der skal måles, afmærkes ved hjælp af målehj ælpemærker.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet 5 ved, at genstandspunkter, der skal måles, afmærkes ved hjælp af lyskilder, der er arrangeret med henblik på at gennemsøge genstandsrummet.