WO2022122230A1 - Verfahren zum vermessen des einflusses einer transparenten scheibe - Google Patents

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WO2022122230A1
WO2022122230A1 PCT/EP2021/078805 EP2021078805W WO2022122230A1 WO 2022122230 A1 WO2022122230 A1 WO 2022122230A1 EP 2021078805 W EP2021078805 W EP 2021078805W WO 2022122230 A1 WO2022122230 A1 WO 2022122230A1
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WO
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camera
windshield
textured surface
transparent pane
displacement field
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PCT/EP2021/078805
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French (fr)
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Henning Von Zitzewitz
Oliver Lange
Moritz Michael Knorr
Andre Wagner
Stephan Simon
Beke Junge
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Robert Bosch Gmbh
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30248—Vehicle exterior or interior
    • G06T2207/30252—Vehicle exterior; Vicinity of vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the influence of a transparent pane, for example a windshield, and an arrangement for carrying out the method.
  • the windshield also known as the windscreen, is a pane, usually made of glass, for example laminated glass, which allows the driver of a vehicle to see ahead. At the same time, the windshield offers the driver protection from wind, weather and particles in the airflow.
  • the method described below is not limited to windscreens, but can also be used for camera systems behind rear windows or other vehicle windows. In the following, the case of a windscreen is considered as a typical application.
  • the disk induces, through refraction, a shift of sight rays and a change in angle.
  • the offset is typically small and does not change over distance. However, at greater distances, the angular misalignment leads to greater errors, depending on the angle.
  • the second effect, the induced change in angle should therefore be determined in particular with the displacement field.
  • the method presented is used for the particularly high-precision measurement of a transparent pane, for example for camera systems, with the influence of this pane being measured or measured.
  • the pane such as a windshield, is typically to be mounted or is in front of the camera assembled.
  • the method provides that a displacement field induced by the transparent pane is determined.
  • a first step a first image of a textured surface is recorded without the pane and a second image of the textured surface with the pane is recorded in a second step.
  • the displacement field is determined by analyzing the two images using an optical flow method.
  • the method described is not limited to windshields or windscreens, but can also be used for camera systems behind rear windows or other vehicle windows.
  • a windscreen is considered as a typical application.
  • Taking a picture with a disc means that the disc is between the camera and the textured surface and is therefore in the beam path between the camera and the textured surface. Similarly, in the no-disc recording, no disc is placed in place.
  • a texture or a textured surface is to be understood as meaning that this surface has a specific pattern.
  • Textures with random patterns for example noise patterns, which have a broad spectrum of spatial frequencies are particularly suitable for this method.
  • noise patterns which have a broad spectrum of spatial frequencies are particularly suitable for this method.
  • Such a pattern can be generated, for example, by superimposing noise patterns of different frequencies, with Perlin noise being used, for example.
  • the displacement field refers to the geometric displacement of objects in the image space, for example due to stretching, stretching, displacement, etc., which results from the changed beam path.
  • FIG. 1 shows a windshield and a camera in a schematic representation.
  • FIG. 2 shows the procedure for a high-precision calibration.
  • FIG. 3 shows an experimental setup for determining a displacement field.
  • FIG. 4 shows an experimental setup with an illuminated random pattern.
  • FIG. 5 shows an example of a displacement field determined using the method described.
  • Figure 6 shows a displacement field projected onto a curtain.
  • Figure 1 shows a schematic representation of the geometric deflection of the visual beams 12 emanating from a camera 10, which define a beam path 16, by a windshield 14.
  • This deflection and thus the influence of the windshield 14 on the beam path 16 is in the area of the windshield 14, here starting from the camera 10, clearly visible.
  • the changed beam path 16 leads both to an offset in terms of position and to a change in direction of the visual beams 12. Especially the latter is crucial for larger distances between the camera 10 and objects.
  • the displacement field is thus a vector field that represents a mathematical description of this change. This can be used to describe where each structure visible in the image has been moved to.
  • the method proposed here now allows this displacement field to be measured with high precision and densely, i. H. for each pixel of the target camera system.
  • a picture is taken with the target camera system of a textured surface with and without a windshield.
  • a method for determining dense displacement fields with respect to an optical flow in the image is then used to determine this. This is shown schematically in FIG.
  • FIG. 2 clarifies the procedure for a high-precision calibration.
  • the illustration shows a recording without a windscreen at the top 50 and a recording with a windscreen at the bottom 52 .
  • the illustration shows a camera 54 at the top 50 and bottom 52, a textured surface 56 and a windshield 58 at the bottom 52.
  • a first image 60 of the textured surface 56 without the windshield is taken.
  • a second image 62 with windshield 58 is then taken.
  • the displacement field is determined by analyzing the images 60, 62 using an optical flow method.
  • the corresponding point in the second image is determined for each point in the first image, whereby it is assumed that the appearance, e.g.
  • sampled texture should have some specific properties that are easy to generate. In some cases, suitable textured surfaces can also be found in the natural environment.
  • the method can be used to determine the characteristics of a series of windshields or even during ongoing production.
  • the assessment or approval of a windshield can depend directly on the result of the measurement.
  • FIG. 3 shows a possible experimental setup for determining the displacement field induced by a pane in front of a camera using a known and highly accurate calibration body 80.
  • This calibration body 80 can, for example, be a field with a checkerboard pattern.
  • the aim of the proposed method is now to determine the displacement field induced by a windshield and which results in the image space of a camera.
  • the displacement field designates the geometric displacement of objects in the image space, such as expansion, stretching, displacement, which results from the changed beam path.
  • FIG. 4 shows an experimental setup with an illuminated random pattern 100 and a camera 104 placed behind a windshield 102.
  • the camera 104 is set up on a tripod 106 in front of a wall 108.
  • the wall 108 either has a special texture itself or this is projected onto the wall 108 via a projector.
  • a support 110 for the windshield 102 is placed between the camera 104 and the wall 108 such that the camera 104 is in its typical mounting position, i. H. Position and orientation relative to the windshield 102 occupies.
  • the camera 104 takes at least one image with and without the windshield 102 in place.
  • the displacement field in the image is determined.
  • the imaging properties of the camera 104 without a windshield 102 are known or can be easily determined, namely more easily than with the windshield 102 mounted.
  • a measuring stand is used to calibrate the camera 104, in which the camera 104 is clamped in a special holder and a precisely known one Calibration body is used.
  • Such a procedure is not possible with one or more built-in camera(s). This means that the relationship between the angle of the line of sight and the pixels for the camera without a windshield is known. With the help of displacement field, a corrected pixel-line-of-sight relationship (with windshield) can now be calculated.
  • an optical element such as the windshield 102
  • the introduction of an optical element always has two effects, on the one hand the changed angular relationship and on the other hand, as shown in FIG. 1, an offset of the visual beam.
  • the latter is often not relevant in practice, since objects of interest are in many cases far away, e.g. several meters, and the influence of the offset is therefore negligible.
  • this offset can be determined by several recordings with different distances to the wall 108, as described above. This can be of interest for other applications.
  • FIG. 5 shows a displacement field 150 determined using the method. At every pixel there is a measurement by the dense optical flow method. Only the horizontal shift is shown here. Strength can be color coded.
  • Textures that have strong local contrasts and are as random as possible are particularly suitable for optical flow methods, e.g. B. a random noise pattern. So that the texture can also be used for different distances to the camera and cameras with different resolutions, i. H. pixels per degree works, ideally the pattern should have different local spatial frequencies. The pattern does not have to be known in advance.
  • the random texture makes it possible to determine the displacement field at each pixel when using a dense optical flow method.
  • this is typically not possible at all points. In the arrangement from FIG. 3, this is only possible at the crossing points.
  • Dense optical flow methods are known.
  • suitable optical flow methods can achieve a very high level of accuracy, namely well below the size of a pixel. The accuracy of the method is therefore directly related to the accuracy of the underlying optical flow method, but not to the accuracy of a calibration body.
  • the pattern can also be used with very different distances or camera image resolutions. In many cases, this is not easily possible with typical calibration bodies.
  • a textured foil can be applied to a wall or a pattern can simply be projected with one or more projectors.
  • the textured surface is at a similar distance from the camera and windshield as objects in a real situation, i. H. several meters. This is because the offset induced by the windshield has a similar impact. For cameras with larger opening angles, this requires very large surfaces. With a horizontal opening angle of 90 degrees and a distance of 5 meters, a flat surface should be at least 10 meters wide. Something like this can hardly be realized with typical calibration bodies. With the help of projectors z. B. just use big walls. Room corners or similar can also be used. In principle, the surface is not important, just that there should be no shading.
  • An example is a curtain 200 shown in Figure 6.
  • the only requirement is that the camera, surface and texture setup does not move during the recording. Note that instead of a flat wall, a random pattern is projected onto the curtain 200 here.
  • These recordings were used to measure the disc and are intended to illustrate the independence of the process from highly precise calibration bodies. If, when using projectors, several images are taken with and without a windscreen with different patterns, the accuracy of the optical flow methods can often be increased by combining the results.
  • a highly textured surface was created by imprinting it with a random texture at different spatial frequencies.
  • An alternative to this is to use projectors or beamers to generate random textures with different spatial frequencies on non-textured surfaces.
  • projectors can also be combined. This can be very useful to create the necessary coverage for cameras with a large opening angle.
  • monitors or screens can also be used.
  • Many naturally occurring textures are also suitable for the process, e.g. B. an asphalt surface, mottled carpets, painter's fleece or some house facades.
  • a flat surface does not necessarily have to be used. Curved surfaces or room corners can be ideal, especially for cameras with a large opening angle.
  • mirrors are used to extend the optical path. In principle, this method can also be used to determine the influence of imperfections in the mirror.
  • the method presented can be used in companies, particularly for the internal measurement of windshields.
  • the aim can be to build up statistics about windshields and feed this information back into the development process. In this way, a large number or all windshields produced can be measured and classified or approved according to the result.

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Abstract

Verfahren zum Vermessen des Einflusses einer transparenten Scheibe (14), bei dem ein durch die Scheibe (14) induziertes Verschiebungsfeld bestimmt wird, wobei in einem ersten Schritt ein erstes Bild einer texturierten Fläche ohne die transparente Scheibe (14) aufgenommen wird, in einem zweiten Schritt ein zweites Bild der texturierten Fläche mit der transparenten Scheibe (14) aufgenommen wird und in einem dritten Schritt durch Analyse der beiden Bilder mit einem optischen Fluss-Verfahren das Verschiebungsfeld bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Vermessen des Einflusses einer transparenten Scheibe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen des Einflusses einer transparenten Scheibe, bspw. einer Windschutzscheibe, und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
Stand der Technik
Die Windschutzscheibe, die auch als Frontscheibe bezeichnet wird, ist eine Scheibe, regelmäßig aus Glas, bspw. aus Verbundglas, die dem Fahrer eines Fahrzeugs eine Sicht nach vorne, ermöglicht. Gleichzeitig bietet die Windschutzscheibe dem Fahrer Schutz vor Wind, Wetter und Teilchen im Luftstrom. Das im Folgenden beschriebene Verfahren ist dabei nicht auf Frontscheiben beschränkt, sondern kann ebenfalls für Kamerasysteme hinter Heckscheiben oder anderen Fahrzeugscheiben eingesetzt werden. Im Folgenden wird der Fall einer Frontscheibe, als typischer Anwendungsfall, betrachtet.
Wenn Licht durch eine Windschutzscheibe scheint bzw. strahlt, wird es durch das transparente Medium gebrochen. Durch die Krümmung der Windschutzscheibe selbst sowie Variationen in der Dicke, Krümmung oder lokale Änderungen der Materialeigenschaften, lässt sich diese Brechung und damit der Einfluss der Windschutzscheibe auf den optischen Pfad schlecht voraussagen. Auch wenn dieser Einfluss von Personen oft als gering eingeschätzt wird, so kann dieser die Funktion von Kamerasystemen, die typischerweise sehr dicht an der Windschutzscheibe verbaut sind, stark beeinflussen. Dies ist insbesondere für moderne kameragestützte Fahrerassistenzsysteme bzw. Advanced Driver Assistance Systeme (ADAS) von Bedeutung. Der Einfluss der Windschutzscheibe kann, wenn dieser nicht berücksichtigt wird, z. B. zu Fehleinschätzungen bezüglich der Position oder Geschwindigkeit von Objekten führen. Der Einfluss kann mit einem sogenannten Verschiebungsfeld beschrieben werden. Die Scheibe induziert, durch Brechung, einen Versatz von Sichtstrahlen und eine Winkeländerung. Der Versatz ist typischerweise klein und ändert sich nicht über die Distanz. Der Winkelversatz führt in größeren Distanzen jedoch, entsprechend der Winkel, zu größeren Fehlern. Mit dem Verschiebungsfeld soll daher insbesondere der zweite Effekt, die induzierte Winkeländerung, bestimmt werden.
Um das Verschiebungsfeld einer Windschutzscheibe zu bestimmen, werden verschiedene Verfahren genutzt. Hauptsächlich werden sogenannte Moire Interferometer in der Automobil-Branche genutzt, um die von der Scheibe erzeugte Winkeländerung zu messen. Die so erhaltenen Informationen lassen sich jedoch nur schwer auf das spezifische Verschiebungsfeld einer Kamera, die dicht an der Windschutzscheibe montiert ist, übertragen.
Andere Verfahren beruhen darauf, das Verschiebungsfeld mithilfe einer Kamera und eines genau bekannten Kalibrierkörpers zu bestimmen. Die Verzeichnungseffekte der Windschutzscheibe werden berechnet, indem man die Verschiebung im Bild bzw. Bildraum unter Kenntnis des Kalibrierkörpers bestimmt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren dient zum insbesondere hochgenauen Vermessen einer transparenten Scheibe, bspw. für Kamerasysteme, wobei der Einfluss dieser Scheibe gemessen bzw. vermessen wird. Die Scheibe, bspw. eine Windschutzscheibe, ist typischerweise vor der Kamera zu montieren oder ist dort montiert. Das Verfahren sieht vor, dass ein durch die transparenete Scheibe induziertes Verschiebungsfeld bestimmt wird. Dabei wird in einem ersten Schritt ein erstes Bild einer texturierten Fläche ohne die Scheibe aufgenommen und in einem zweiten Schritt ein zweites Bild der texturierten Fläche mit Scheibe aufgenommen. In einem dritten Schritt wird durch Analyse der beiden Bilder mit einem optischen Fluss-Verfahren das Verschiebungsfeld bestimmt.
Das beschriebene Verfahren ist dabei nicht auf Windschutz- bzw. Frontscheiben beschränkt, sondern kann ebenfalls für Kamerasysteme hinter Heckscheiben oder anderen Fahrzeugscheiben eingesetzt werden. Im Folgenden wird der Fall einer Windschutzscheibe, als typischer Anwendungsfall, betrachtet.
Eine Aufnahme machen mit Scheibe bedeutet, dass sich die Scheibe bei der Aufnahme zwischen der Kamera und der texturierten Fläche und damit im Strahlengang zwischen Kamera und texturierter Fläche befindet. Entsprechend ist bei der Aufnahme ohne Scheibe keine Scheibe an der Stelle angeordnet.
Unter einer Textur bzw. einer texturierten Fläche ist zu verstehen, dass diese Fläche ein bestimmtes Muster aufweist. Dabei bieten sich für dieses Verfahren besonders Texturen mit zufälligen Mustern, bspw. Rauschmuster, an, die ein breites Spektrum von Ortsfrequenzen aufweisen. Ein solches Muster kann bspw. durch Überlagerung von Rauschmustern verschiedener Frequenzen erzeugt werden, wobei bspw. Perlin-Noise verwendet wird.
Mit dem hierin vorgeschlagenen Verfahren wird erreicht, das durch eine Windschutzscheibe induzierte Verschiebungsfeld, das sich im Bildraum einer Kamera ergibt, zu bestimmen. Das Verschiebungsfeld bezeichnet hier die geometrische Verschiebung von Objekten im Bildraum, bspw. durch Dehnung, Streckung, Verschiebung usw., die sich aus dem geänderten Strahlengang ergibt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Windschutzscheibe sowie eine Kamera.
Figur 2 zeigt das Vorgehen bei einer hochgenauen Kalibrierung.
Figur 3 zeigt einen experimentellen Aufbau zur Bestimmung eines Verschiebungsfelds.
Figur 4 zeigt einen experimentellen Aufbau mit beleuchtetem Zufallsmuster.
Figur 5 zeigt ein Beispiel eines mit dem beschriebenen Verfahren bestimmten Verschiebungsfelds.
Figur 6 zeigt ein auf einen Vorhang projizierten Verschiebungsfelds.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die geometrische Ablenkung der von einer Kamera 10 ausgehenden Sichtstrahlen 12, die einen Strahlengang 16 definieren, durch eine Windschutzscheibe 14. Im Bereich der Windschutzscheibe 14 ist diese Ablenkung und damit der Einfluss der Windschutzscheibe 14 auf den Strahlengang 16, hier ausgehend von der Kamera 10, deutlich zu erkennen. Der veränderte Strahlengang 16 führt sowohl zu einem Versatz bezüglich der Position als auch zu einer Richtungsänderung der Sichtstrahlen 12. Besonders letzteres ist bei größeren Entfernungen zwischen der Kamera 10 und Objekten entscheidend.
Im Vergleich zwischen zwei von einer Kamera aufgenommenen Bildern mit und ohne Windschutzscheibe ergibt sich zwischen den Bildern ein Verschiebungsfeld. Das heißt, dass Teile des Bildes gestaucht, gestreckt oder verschoben und damit verändert werden. Das Verschiebungsfeld ist somit ein Vektorfeld, das eine mathematische Beschreibung dieser Veränderung darstellt. Damit kann für jede im Bild sichtbare Struktur beschrieben werden, wohin sie verschoben wurde.
Das hierin vorgeschlagene Verfahren erlaubt es nunmehr, dieses Verschiebungsfeld mit vergleichsweise einfachen Mitteln und vorhandenen Methoden hochgenau und dicht, d. h. für jeden Bildpunkt des Zielkamerasystems, zu bestimmen. Dabei werden jeweils ein Bild mit dem Zielkamerasystem von einer texturierten Oberfläche mit und ohne Windschutzscheibe gemacht. Im Anschluss wird ein Verfahren zur Bestimmung von dichten Verschiebungsfeldern bezüglich eines optischen Flusses im Bild eingesetzt, um dieses zu bestimmen. Dies ist in Figur 2 schematisch dargestellt.
Figur 2 verdeutlicht das Vorgehen für eine hochgenaue Kalibrierung. Die Darstellung zeigt oben 50 eine Aufnahme ohne Windschutzscheibe und unten 52 eine Aufnahme mit Windschutzscheibe. Die Darstellung zeigt jeweils oben 50 und unten 52 eine Kamera 54, eine texturierte Fläche 56 und unten 52 eine Windschutzscheibe 58.
Zunächst wird ein erstes Bild 60 der texturierten Fläche 56 ohne Windschutzscheibe gemacht. Anschließend wird ein zweites Bild 62 mit Windschutzscheibe 58 gemacht. Durch Analyse der Bilder 60, 62 mit einem Optischen- Fluss- Verfahren wird das Verschiebungsfeld bestimmt.
Dabei wird für jeden Punkt im ersten Bild der zugehörige Punkt im zweiten Bild bestimmt, wobei angenommen wird, dass das Aussehen, bspw.
Bildhelligkeitsänderung, oder daraus abgeleitete Merkmale in beiden Bildern hohe Ähnlichkeit aufweisen. Durch dieses Vorgehen kann ein dichtes Vektorfeld, d. h. dass an jedem oder nahezu jedem Bildpunkt Verschiebungsinformationen vorliegen, bestimmt werden.
Zu beachten ist, dass die aufgenommene Textur einige bestimmte, jedoch einfach zu erzeugende Eigenschaften aufweisen sollte. Teilweise lassen sich geeignet texturierte Oberflächen auch in der freien Umwelt finden.
Ähnlich wie bei den erzeugten Texturen sollte ein zufälliges Muster vorliegen, das genügend starke lokale Kontraste aufweist. Dies könnte bspw. eine Hauswand, die starken Witterungseinflüssen ausgesetzt war, sein. Monotone Bereiche, wie bspw. ein blauer Himmel, sollen hingegen vermieden werden.
Bislang werden zur Vermessung von Windschutzscheiben hochgenaue Kalibrierkörper eingesetzt, die mit speziellen Verfahren zur Detektion von speziellen Markierungen arbeiten. Das hierin vorgeschlagene Verfahren erfordert hingegen kein Vorabwissen über die texturierte Oberfläche, stellt wenige Bedingungen an ihre physikalische Beschaffenheit und erlaubt die Nutzung gängiger Verfahren zur Bestimmung des dichten Verschiebungsfelds.
Das Verfahren kann einerseits genutzt werden, um die Charakteristik einer Serie von Windschutzscheiben zu bestimmen oder sogar im laufenden Betrieb der Herstellung. So kann die Beurteilung bzw. Freigabe einer Windschutzscheibe unmittelbar von dem Ergebnis der Vermessung abhängen.
Wie dies bereits eingangs erläutert ist, werden zur Bestimmung eines Verschiebungsfelds einer Windschutzscheibe verschiedene Verfahren verwendet. Dabei werden vornehmlich Moire Interferometer verwendet. Die so erhaltenen Informationen lassen sich jedoch nur schwer auf das spezifische Verschiebungsfeld einer Kamera, die dicht an der Windschutzscheibe montiert ist, übertragen. Andere Verfahren beruhen darauf, das Verschiebungsfeld mithilfe einer Kamera und eines genau bekannten Kalibrierkörpers zu bestimmen. Ein solcher Kalibrierkörper ist in Figur 3 gezeigt.
Figur 3 zeigt einen möglichen experimentellen Aufbau zur Bestimmung des durch eine Scheibe vor einer Kamera induzierten Verschiebungsfelds mithilfe eines bekannten und hochgenauen Kalibrierkörpers 80. Dieser Kalibrierkörper 80 kann bspw. ein Feld mit einem Schachbrettmuster sein.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahrens wird nunmehr angestrebt, das durch eine Windschutzscheibe induzierte Verschiebungsfeld, das sich im Bildraum einer Kamera ergibt, zu bestimmen. Das Verschiebungsfeld bezeichnet hier die geometrische Verschiebung von Objekten im Bildraum, wie bspw. Dehnung, Streckung, Verschiebung, die sich aus dem geänderten Strahlengang ergibt.
Im Folgenden beschreiben wir einen möglichen Aufbau. Alternativen zu dem Aufbau und dem generellen Vorgehen sind nachstehend noch beschrieben. Der Aufbau ist in Figur 2 schematisch und in Figur 4 im Realaufbau gezeigt.
Figur 4 zeigt einen experimentellen Aufbau mit beleuchtetem Zufallsmuster 100 und einer hinter einer Windschutzscheibe 102 platzierten Kamera 104. Die Kamera 104 wird auf einem Stativ 106 vor einer Wand 108 aufgebaut. Die Wand 108 trägt entweder selber eine spezielle Textur oder diese wird über einen Projektor an die Wand 108 projiziert. Ein Träger 110 für die Windschutzscheibe 102 wird so zwischen der Kamera 104 und der Wand 108 platziert, dass die Kamera 104 ihre typische Einbaulage, d. h. Position und Orientierung, bezogen auf die Windschutzscheibe 102 einnimmt. Als nächstes wird mit der Kamera 104 jeweils mindestens ein Bild mit und ohne aufgelegter Windschutzscheibe 102 aufgenommen. Mithilfe eines Verfahrens zur Bestimmung von Verschiebungsfeldern im Bildraum, was allgemein als optischer Fluss bezeichnet wird, wird das Verschiebungsfeld im Bild bestimmt.
Im Allgemeinen sind die Abbildungseigenschaften der Kamera 104 ohne Windschutzscheibe 102 bekannt oder einfach bestimmbar, nämlich einfacher als mit montierter Windschutzscheibe 102. Typischerweise wird zur Kalibrierung der Kamera 104 ein Messstand benutzt, bei dem die Kamera 104 in eine spezielle Halterung gespannt wird und ein genau bekannter Kalibrierkörper eingesetzt wird. Ein solches Vorgehen ist mit einer oder mehreren verbauten Kamera(s) nicht möglich. Damit ist der Zusammenhang zwischen Sichtstrahl-Winkel und Bildpunkten für die Kamera ohne Windschutzscheibe bekannt. Mithilfe des Verschiebungsfelds kann nun eine korrigierte Bildpunkt-Sichtstrahl-Beziehung (mit Windschutzscheibe) berechnet werden.
Hierbei ist zu beachten, dass das Einbringen eines optischen Elements, wie bspw. der Windschutzscheibe 102, immer zwei Effekte hat, einerseits den geänderten Winkelzusammenhang, andererseits, wie in Figur 1 dargestellt ist, einen Versatz des Sichtstrahls. Letzterer ist in der Praxis oft nicht relevant, da Objekte von Interesse in vielen Fällen weit, bspw. mehrere Meter, entfernt stehen und der Einfluss des Versatzes damit vernachlässigbar ist. Allerdings kann dieser Versatz durch mehrere, wie vorstehend beschriebene Aufnahmen mit verschiedenen Abständen zur Wand 108 bestimmt werden. Das kann für andere Applikationen von Interesse sein.
In Figur 5 ist ein mit dem Verfahren bestimmtes Verschiebungsfeld 150 gezeigt. An jedem Bildpunkt liegt hier eine Messung durch das dichte optische Flussverfahren vor. Hier ist nur die horizontale Verschiebung gezeigt. Die Stärke kann farbkodiert sein.
Für optische Flussverfahren eignen sich insbesondere Texturen, die starke lokale Kontraste aufweisen und dabei möglichst zufällig sind, wie z. B. ein zufälliges Rauschmuster. Damit die Textur auch für verschiedene Distanzen zur Kamera und Kameras mit verschiedenen Auflösungen, d. h. Bildpunkte pro Grad, funktioniert, sollte das Muster idealerweise verschiedene lokale Ortsfrequenzen aufweisen. Das Muster muss nicht vorab bekannt sein.
Gegenüber bekannten Verfahren mit hochgenauen Kalibrierkörpern, wie dies z. B. in Figur 3 gezeigt ist, weist das hierin vorgeschlagene Verfahren viele Vorteile auf.
So ermöglicht es die Zufallstextur, bei Verwendung eines dichten optischen Flussverfahrens das Verschiebungsfeld an jedem Bildpunkt zu bestimmen. Bei Kalibrierkörpern ist dies typischerweise nicht an allen Stellen möglich. Bei der Anordnung aus Figur 3 ist dies nur an den Kreuzungspunkten möglich. Dichte optische Flussverfahren sind bekannt. Weiterhin können geeignete optische Flussverfahren eine sehr hohe Genauigkeit, nämlich weit unterhalb der Größe eines Bildpunkts, erreichen. Die Genauigkeit des Verfahrens hängt damit direkt mit der Genauigkeit des zugrundeliegenden optischen Flussverfahrens zusammen, nicht jedoch mit der Genauigkeit eines Kalibrierkörpers.
Durch die Verwendung unterschiedlicher Ortsfrequenzen in der Zufallstextur kann das Muster auch bei sehr unterschiedlichen Abständen oder Kamerabildauflösungen verwendet werden. Dies ist bei typischen Kalibrierkörpern in vielen Fällen nicht einfach möglich.
Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die Erstellung der texturierten Oberfläche viele Freiräume lässt. So kann bspw. eine texturierte Folie auf eine Wand aufgebracht oder einfach ein Muster mit einem oder mehreren Projektoren projiziert werden.
Im Idealfall befindet sich die texturierte Oberfläche in einer ähnlichen Distanz zur Kamera und Windschutzscheibe, wie Objekte in einer Realsituation, d. h. mehrere Meter. Der Grund hierfür ist, dass der durch die Windschutzscheibe induzierte Versatz einen ähnlichen Einfluss hat. Bei Kameras mit größeren Öffnungswinkeln erfordert dies sehr große Oberflächen. Bei einem horizontalen Öffnungswinkel von 90 Grad und einem Abstand von 5 Metern müsste eine ebene Fläche mindestens 10 Meter breit sein. So etwas lässt sich mit typischen Kalibrierkörpern kaum realisieren. Mithilfe von Projektoren lassen sich z. B. einfach große Wände benutzen. Es sind auch Raumecken o. ä. nutzbar. Die Oberfläche spielt dabei grundsätzlich keine Rolle, es darf nur nicht zu Abschattungen kommen.
Ein Beispiel ist ein in Figur 6 gezeigter Vorhang 200. Die einzige Voraussetzung ist, dass sich das Setup hinsichtlich Kamera, Oberfläche und Textur während der Aufnahmen nicht bewegt. Zu beachten ist, dass hier anstelle einer flachen Wand ein Zufallsmuster auf den Vorhang 200 projiziert wird. Diese Aufnahmen wurden zur Vermessung der Scheibe verwendet und sollen die Unabhängigkeit des Verfahrens von hochgenauen Kalibrierkörpern verdeutlichen. Werden bei der Nutzung von Projektoren mehrere Aufnahmen mit und ohne Windschutzscheibe mit veränderten Mustern gemacht, lässt sich die Genauigkeit der optischen Flussverfahren durch Kombination der Ergebnisse oft noch steigern.
In dem Aufbau in Figur 4 wurde eine hoch texturierte Fläche erzeugt, indem sie mit einer Zufallstextur mit verschiedenen Ortsfrequenzen bedruckt wurde. Eine Alternative hierzu ist, auch Projektoren bzw. Beamer zu nutzen, um Zufallstexturen mit verschiedenen Ortsfrequenzen auf nicht texturierten Flächen zu erzeugen. Dabei können auch mehrere Projektoren kombiniert werden. Dies kann sehr nützlich sein, um die nötige Abdeckung bei Kameras mit großem Öffnungswinkel zu erzeugen. Alternativ können auch Monitore oder Leinwände benutzt werden. Auch viele natürlich vorkommende Texturen eignen sich für das Verfahren, wie z. B. eine Asphaltoberfläche, melierte Teppichböden, Malervlies oder manche Häuserfassaden.
Es muss nicht notwendigerweise eine ebene Oberfläche benutzt werden. Besonders bei Kameras mit großem Öffnungswinkel können gekurvte Oberflächen oder Raumecken ideal sein.
Das Verfahren lässt sich selbstverständlich auch bei anderen Glasscheiben oder optischen Elementen einsetzen.
Weiterhin ist zu beachten, dass in manchen Anwendungen zur Verlängerung des optischen Pfads Spiegel eingesetzt werden. Prinzipiell lässt sich dieses Verfahren auch nutzen, um den Einfluss der Imperfektionen im Spiegel zu bestimmen.
Das vorgestellte Verfahren kann in Unternehmen zur insbesondere internen Vermessung von Windschutzscheiben eingesetzt werden. Dabei kann angestrebt werden, Statistiken über Windschutzscheiben aufzubauen und diese Information in den Entwicklungsprozess rückzuführen. So kann eine große Zahl oder es können alle produzierten Windschutzscheiben vermessen und nach dem Ergebnis eingestuft bzw. freigegeben werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Vermessen des Einflusses einer transparenten Scheibe (14, 58, 102), bei dem ein durch die Scheibe (14, 58, 102) induziertes Verschiebungsfeld (150) bestimmt wird, wobei
- in einem ersten Schritt ein erstes Bild (60) einer texturierten Fläche (56) ohne die transparente Scheibe (14, 58, 102) aufgenommen wird,
- in einem zweiten Schritt ein zweites Bild (62) der texturierten Fläche (56) mit der transparenten Scheibe (14, 58, 102) aufgenommen wird und
- in einem dritten Schritt durch Analyse der beiden Bilder (60, 62) mit einem optischen Fluss-Verfahren das Verschiebungsfeld (150) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die texturierte Fläche (56) durch Projizieren einer Textur auf eine Oberfläche erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die texturierte Fläche (56) starke lokale Kontraste aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die texturierte Fläche (56) durch ein Muster definiert ist, das veschiedene lokale Ortsfrequenzen aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mehrere Bilder (60, 62) jeweils mit und ohne transparente Scheibe (14, 58, 102) und einer jeweils geänderten texturierten Fläche (56) aufgenommen werden und die Bilder (60, 62) bei der Auswertung jeweils kombiniert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zusätzlich mindestens ein Spiegel eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, das dazu eingesetzt wird, um einen Einfluss von Imperfektionen in dem mindestens einen Spiegel zu bestimmen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das dazu eingesetzt wird, um die vermessene transparente Scheibe (14, 58, 102) einzustufen und ggf. freizugeben.
9. Anordnung zum Vermessen des Einflusses einer transparenten Scheibe (14, 58, 102), die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
8 eingerichtet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, die eine Kamera (10, 54, 104) umfasst.
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