WO2024245652A1

WO2024245652A1 - Verfahren zur erfassung von qualitätsinformationen zu funkverbindungen

Info

Publication number: WO2024245652A1
Application number: PCT/EP2024/061373
Authority: WO
Inventors: Phillip BEIER; Simon DÖRING; Tobias Döring; Mirko METZE; Matthias MASCHLANKA
Original assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Current assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Priority date: 2023-06-02
Filing date: 2024-04-25
Publication date: 2024-12-05
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: CN121219983A; DE102023114537A1; EP4721303A1

Abstract

Verfahren zur ortsaufgelösten Erfassung von Qualitätsinformationen über drahtlose Kommunikationsverbindungen, wobei ein Messobjekt an einer räumlichen Position angeordnet wird, welches eine Messobjekt-Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation aufweist. Eine Kamera ist auf das Messobjekt ausgerichtet, welche das Messobjekt sowie ein an das Messobjekt angrenzenden Raumbereich als räumlicher Messbereich erfasst. In dem räumlichen Messbereich ist eine mobile, fernsteuerbare mit von der Kamera erfassbaren Markierungen versehene Messeinrichtung angeordnet. Die Messeinrichtung ist mit einer Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung gekoppelt ist, welche in drahtloser Kommunikation mit der Messobjekt-Kommunikationseinrichtung ausgebildet ist. Die Bilddaten der Kamera werden für eine Positionsbestimmung der fernsteuerbaren Messeinrichtung ausgelesen, und ein Qualitätswert der drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen der Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung und der Messobjekt-Kommunikationseinrichtung wird erfasst und gespeichert.

Description

Verfahren zur Erfassung von Qualitätsinformationen zu Funkverbindungen

Die Anmeldung betri f ft ein Verfahren zur Erfassung von Qualitätsinformationen von drahtlosen Kommunikationsverbindungen . Insbesondere betri f ft die Anmeldung ein Verfahren zur ortsaufgelösten Erfassung von Qualitätsinformationen von drahtlosen Kommunikationsverbindungen, wobei ein Messobj ekt orts fest an einer ersten räumlichen Position angeordnet ist und das Messobj ekt mindestens eine erste Messobj ekt- Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation aufweist .

Drahtlose Kommunikation wird in der Technik hauptsächlich zur Übertragung von Nutzdaten eingesetzt . Der Datenaustausch ist dabei in hohem Maße von der Qualität der Funkverbindung abhängig . In solchen Bereichen, in denen eine drahtlose Kommunikation stattfinden soll , ist daher eine möglichst gute Kommunikationsverbindung durch ungehinderte Übertragung der elektromagnetischen Wellen zwischen den Kommuni kationst ei Inehmern sicherzustellen .

Darüber hinaus können die weiteren Daten einer Kommunikation, z . B . Signalstärken, auch zur Positionsbestimmung eines Kommunikationsteilnehmers verwendet werden . Die Position wird dabei als Relativposition zwischen den kommuni zierenden Geräten bestimmt . Im Zusammenhang mit drahtloser Kommunikation bzw . Funkkommunikation ist es teilweise sehr wichtig, auch die Position der Kommunikationsteilnehmer zu bestimmen . Insbesondere im Bereich sicherheitsrelevanter Kommunikation, z . B . bei Bezahlvorgängen über drahtlose Kommunikationskanäle oder auch bei Zugangssystemen, kann es vorkommen, dass bestimmte Funktionen nur dann zur Verfügung stehen sollen, wenn die Position eines Kommunikationsteilnehmers bestimmte Bedingungen erfüllt .

Im Bereich der NFC-Kommuni kation, die nur eine Reichweite von wenigen Zentimetern hat , ist diese Funktion z . B . beim Bezahlen relevant . Auch bei der Bereitstellung von Zugangssystemen, die eine Zugangs- oder Zutrittsberechtigung zu physischen Einheiten wie Gebäuden oder Fahrzeugen überwachen, ist es von Vorteil , wenn der Zugang zu Einrichtungen oder Funktionen nur dann gewährt wird, wenn von einer bestimmten Position aus eine Anforderung für die Funktion erfolgt .

Solche Konzepte sind insbesondere aus der Fahrzeugtechnik bekannt , wo drahtlose Zugangssysteme eingesetzt werden . Zunehmend werden auch proprietäre Fahrzeugschlüssel durch allgemeine Kommunikationsgeräte , insbesondere Smartphones , ersetzt . Um die Fahrzeugsicherheit j ederzeit gewährleisten zu können, wird bei Zugangs- und Zugangsberechtigungssystemen, die auf solchen Kommunikationsgeräten basieren, immer auch die Positionsinformation eines Nutzers in Relation zum Fahrzeug relevant sein . Die heute im Fahrzeugbereich eingesetzten Funktechnologien, insbesondere Niederfrequenz funk ( LF) , Hochfrequenz funk (HF) und die Standards NFC, Bluetooth und UWB, bieten unterschiedliche Reichweiten und Fähigkeiten zur Positionsbestimmung . Für j eden konkret eingesetzten Funkstandard sind diese Systeme in hohem Maße von der Anordnung entsprechender Sende- und Empfangseinrichtungen am Fahrzeug sowie von der Fahrzeuggeometrie und -konstruktion abhängig .

Für die Auslegung und Erprobung von Systemen, bei denen die Positionsbeziehungen der Kommunikationsteilnehmer relevant sind, ist es daher wichtig, verlässliche Informationen über die Abhängigkeit der Parameter und der Qualität einer Kommunikationsverbindung von der Position und der Lage der Kommunikationsteilnehmer zueinander zu erhalten . Für die Positionsbestimmung sind weniger die tatsächlich ausgetauschten Daten als vielmehr Qualitätsinformationen entscheidend . Unter Qualitätsinformationen sind hier alle Informationen zu verstehen, die Auskunft über die Qualität einer Kommunikationsverbindung geben, insbesondere die empfangenen Signalstärken oder auch die Stabilität der Verbindung bei der Datenübertragung .

Zur Erfassung von Qualitätsinformationen von Funkverbindungen sind z . B . aus der Fahrzeugtechnik automatisierte und teilautomatisierte Messsysteme bekannt . So werden z . B . für die konkrete Vermessung von Fahrzeugzugangssystemen Schienensysteme aufgebaut , auf denen Messaufbauten verfahren werden können, um die Funkverbindung an vordefinierten Positionen zu erfas sen .

Aus Bereichen außerhalb der Fahrzeugtechnik sind Messroboter bekannt , die einen zu mes senden Raum abfahren und Messdaten erfassen . Schließlich sind auch Messdrohnen bekannt , die elektromagnetische Felder dreidimensional vermessen können .

Die bekannten Systeme sind unterschiedlich störanfällig . Bei Messdrohnen beeinflussen z . B . die Betriebskomponenten die Messungen, die für den Flug der Drohne notwendig sind . Außerdem ist der Einsatz solcher Systeme durch die Akkulauf zeit begrenzt und die Positionierung erfolgt oft nicht mit der für ausreichend genaue Messungen erforderlichen Genauigkeit .

Aufgabe der Erfindung ist es , ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine bedarfsgerechte räumliche Auflösung zur Erfassung von Qualitäts informationen von drahtlosen Kommunikationsverbindungen beliebiger Art ermöglicht . Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der eingangs genannten Art wird eine Kamera verwendet , die in einem Abstand zu dem Messobj ekt orts fest angeordnet und auf das Messobj ekt ausgerichtet ist . Die Ausrichtung der Kamera mit ihrem Sichtfeld erfolgt derart , dass das Messobj ekt zumindest teilweise sowie zumindest ein an das Messobj ekt angrenzender Raumbereich als räumlicher Messbereich erfasst wird . Dieser räumliche Messbereich ( auch Mess feld) ist ein Bereich, in dem Qualitätsinformationen über die drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen dem Messobj ekt und einer Messeinrichtung erfasst werden sollen . Im räumlichen Messbereich (Mess feld) wird eine mobi le , fernsteuerbare und bodenverfahrbare Messeinrichtung plat ziert . Diese Messeinrichtung ist mit Markierungen versehen, die von der Kamera erfasst werden können . Bei den Markierungen kann es sich sowohl um natürliche als auch um künstliche Markierungen handeln . Natürliche Markierungen sind dabei charakteristische , visuell erkennbare Merkmale der Messeinrichtung selbst , die durch ein Bilderkennungssystem bei der Auswertung der von der Kamera erfassten Bilddaten identi fi ziert werden können . Künstliche Markierungen sind zusätzliche , visuell oder anderweitig technisch erfassbare Informationen, die ausschließlich dem Zweck der Markierungserkennung dienen und keine weitere konstruktive Funktion an der Messeinrichtung haben .

Die mobile , ferngesteuerte und am Boden verfahrbare Messeinrichtung hat eine Halterung, die mit einer Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung gekoppelt ist . Diese Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung ist für die drahtlose Kommunikation mit der Messobj ekt- Kommunikationseinrichtung ausgelegt . Als Messeinrichtung- Kommunikationseinrichtung kommen grundsätzlich alle kommunikations fähigen Systeme in Frage , z . B . für eine Messanalyse ausgebildete Sensoreinrichtungen oder Sende- und Empfangseinrichtungen . Insbesondere kommen aber auch handelsübliche Kommunikationseinrichtungen wie Smartphones , Fahrzeugschlüssel für drahtlose Zugangssysteme und andere kommunikations fähige mobile Geräte in Betracht .

Sowohl mit der Kamera als auch mit der Messobj ekt- Kommunikationseinrichtung und der Mes seinrichtung selbst ist eine Steuer-Auswerteeinrichtung zur Datenübertragung gekoppelt . Die Steuer-Auswerteeinrichtung koordiniert die Positionierung der Messeinrichtung relativ zum Messobj ekt in Abhängigkeit von den von der Kamera gelieferten Daten . Dabei kann das System so betrieben werden, dass die Steuer- Auswerteeinrichtung der mobilen, fernsteuerbaren Messeinrichtung konkrete Steuerbefehle zum Anfahren einer bestimmten Messposition liefert oder dass die Steuer- Auswerteeinrichtung der mobilen, fernsteuerbaren Messeinrichtung Informationen liefert , die sie aus den Bilddaten der Kamera ermittelt , und die mobile , fernsteuerbare Messeinrichtung selbst über Steuerf ähigkeiten verfügt , die in Abhängigkeit von diesen Informationen bestimmte Messpositionen anfahren .

Die Bilddaten der Kamera werden von der Steuerauswerteeinrichtung ausgelesen und eine Positionsbestimmung der fernsteuerbaren Messeinrichtung durchgeführt . Für die Auswertung der Bilddaten kommen sowohl Algorithmen in Betracht , die eine Mustererkennung durchführen und die Bilddaten im für den Menschen visuell wahrnehmbaren Bereich auswerten, als auch Bilddaten, die außerhalb des für den Menschen visuell wahrnehmbaren Bereichs anfallen . Insbesondere kann die Kamera mit entsprechenden Filtern zur Begrenzung der auf genommenen Wellenlängen, insbesondere zur Erfassung der Markierungen der mobilen Messeinrichtung, ausgestattet sein . Diese können beispielsweise im infraroten Wellenlängenbereich detektierbar sein .

Zusätzlich zur Positionsbestimmung der Messeinrichtung kann auch eine Positionsbestimmung des Mes sobj ekts anhand der von der Kamera gelieferten Bilddaten erfolgen . Zu diesem Zweck kann das Messobj ekt auch mit entsprechenden Markierungen versehen werden .

Nach der Bestimmung der räumlichen Lage der Messeinrichtung, also ihrer Position und Orientierung, erfolgt die Ansteuerung der Messeinrichtung, um eine räumliche Lage und Orientierung im Messbereich anzufahren, die einer vorgesehenen Messposition entspricht . Wie oben ausgeführt , kann das Anfahren der Messposition durch eine Logik in der Steuer-Auswerteeinrichtung und von dort an die Messeinrichtung gesendete Steuerbefehle erfolgen oder die Messeinrichtung erhält von der Steuer-Auswerteeinrichtung Positionsinformationen und fährt selbständig eine Messposition an .

Bei Erreichen der Messposition wird zumindest ein Qualitätswert einer drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen der Messeinrichtungs-Kommuni kationseinrichtung und der mindestens einen Messobj ekts-Kommunikationseinrichtung erfasst . In diesem Schritt kann eine tatsächliche Kommunikation zwischen den Einheiten stattfinden, dies ist j edoch nicht in j edem Fall erforderlich . Vielmehr ist es erforderlich, dass ein Qualitätswert , z . B . eine Signalstärke , erfasst wird, der identi fi zierbar einer Verbindung zwischen der Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung und einer konkreten Messobj ekt-Kommunikationseinrichtung zugeordnet werden kann . Verfügt das Messobj ekt über mehrere Messobj ekt- Kommunikationseinrichtungen, werden die Qualitätsdaten in Zuordnung zu den j eweiligen Messobj ekt- Kommunikationseinrichtungen erfasst .

Die Qualitätsdaten können in Zuordnung zu einer Kennung der j eweiligen Messobj ekt-Kommunikationseinrichtung zunächst in der Messobj ekt-Kommunikationseinrichtung oder in einem Speicher der Messeinrichtung selbst gespeichert werden, die zum Empfang dieser Daten mit der Messobj ekt- Kommunikationseinrichtung gekoppelt i st . Alternativ kann eine Übertragung der Messwerte direkt oder gesammelt an die Steuer- Auswerteeinrichtung erfolgen, wobei sowohl drahtgebundene als auch drahtlose Übertragungsmittel in Frage kommen . In einer dieser Einrichtungen werden die erfas sten Qualitätswerte in Verbindung mit der räumlichen Position und gegebenenfalls der räumlichen Lage ( Orientierung) sowie der zugehörigen Messobj ekt-Kommunikationseinrichtung gespeichert .

Die oben genannten Schritte der Positionsveränderung und/oder Lageveränderung der Messeinrichtung werden so lange durchgeführt , bis der Messbereich (bzw . das Mess feld) in der gewünschten Auflösung durchfahren wurde . Danach liegen ortsaufgelöste und ggf . zusätzlich orientierungsaufgelöste Informationen über die Qualitäten der drahtlosen Kommunikationsverbindung an verschiedenen Positionen um das Messobj ekt herum vor .

Beim Abfahren der verschiedenen räumlichen Positionen können vorgegebene Fahrwege verfolgt werden, die in Abhängigkeit von der Position des Mes sobj ekts vorgegeben sind . Alternativ kann die Traj ektorie auch dynamisch in Abhängigkeit von den erfassten Qualitätswerten angepasst werden, z . B . wenn Bereiche mit stark schwankenden Qualitätswerten der drahtlosen Kommunikation mit höherer Auflösung abgefahren werden sollen als Bereiche , in denen die Qualitätswerte weniger stark variieren . In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist die Halterung der mobilen Messeinrichtung höhenverstellbar ausgebildet . Die Höhenverstellung kann durch die Steuer- Auswertungseinrichtung ferngesteuert ausgelöst werden, um bei gleicher Raumposition der Messeinrichtung relativ zum Messobj ekt die Qualitätsdaten der Kommunikationsverbindung in unterschiedlichen Raumhöhen über dem Boden zu messen . Alternativ kann für j ede Raumposition von der Messeinrichtung selbst eine Messsequenz in unterschiedlichen Raumhöhen durchgeführt werden . Eine Höhenverstellbarkeit kann z . B . dadurch realisiert werden, dass auf einem Fahrwagen eine vertikale Trägerkonstruktion montiert wird, die mit einem Riementrieb ausgestattet ist . Mit dem Riemen wird die Halterung gekoppelt , so dass sie zusammen mit der in der Halterung auf genommenen Messeinrichtung in unterschiedlichen Höhen positioniert werden kann .

Es ist vorteilhaft , die Kamera über dem Messobj ekt anzuordnen .

Eine Anordnung der Kamera oberhalb des Messobj ektes ermöglicht die Erfassung von Messbereichen um das Messobj ekt herum, sofern der Erfassungswinkel der Kamera ausreichend ist bzw . der Abstand der Kamera zum Messobj ekt groß genug ist . Die Kamera kann dabei zentral über dem Messobj ekt angeordnet und z . B . senkrecht oder leicht schräg zum Boden ausgerichtet sein, um das Messobj ekt von oben zu erfassen . Andererseits sind auch Kameraanordnungen denkbar, bei denen eine oder mehrere Kameras mit schrägem Blickwinkel in einer Höhe montiert sind, die größer ist als die Höhe des Messobj ektes . Bei der Anordnung und Ausrichtung der Kamera ist zu beachten, dass die Auflösung der Bilder in direktem Zusammenhang mit der Genauigkeit der Positionsbestimmung der Messeinrichtung steht . Während eine feste Kameraposition j ederzeit eine zuverlässige Referenz für die Positionsbestimmung liefert , ist es prinzipiell auch möglich, die Kameraposition für verschiedene Messdurchläufe zu verändern, um z . B . bestimmte Messbereiche mit höherer Auflösung zu erfassen . Die Erfassung der Kameraposition vor der Durchführung des gesamten Messvorgangs kann im Rahmen des Verfahrens durch manuelle Eingabe der Positionsdaten in die Steuer-Auswerteeinrichtung oder auch durch systemseitige optische Kalibrierung anhand von Markierungen im Messbereich oder am Messobj ekt oder auch mit Hil fe von Positionierantrieben an einer Kameraaufhängung erfolgen .

Es ist vorteilhaft , die Kamera so aus zurichten, dass sie das gesamte Messobj ekt in ihrem Erfas sungsbereich und gleichzeitig auch die angrenzenden Raumbereiche entlang des gesamten Umfangs des Messobj ekts erfasst . In einer solchen Konstellation kann mit einer einzigen Anordnung der Kameraausrichtung entlang des gesamten Umfangs des Messobj ekts eine ortsaufgelöste Messung der Qualitäten von Kommunikationsverbindungen erfasst werden . Zu diesem Zweck ist die Optik der Kamera in Abstimmung mit der Montagehöhe der Kamera entsprechend zu wählen .

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Messverfahrens wird als Messobj ekt ein Fahrzeug verwendet .

Fahrzeuge sind in der Regel mit mehreren Kommunikationseinrichtungen ausgestattet , z . B . mit LF-Spulen in den Fahrzeuggri f fen und weiteren Sende- und Empfangseinrichtungen . In modernen Fahrzeugen sind zur Ortung der von einem Nutzer mitgeführten Kommunikationsgeräte auch UWB-Kommunikationseinheiten am Fahrzeug an günstigen Positionen angebracht , um die Position eines Nutzers mit einem UWB- fähigen Kommunikationsgerät relativ zum Fahrzeug zu bestimmen .

Um j ederzeit Messungen an diesen, gegebenenfalls mehreren, Kommunikationseinrichtungen am Fahrzeug durchführen zu können, ist in einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung die Steuer-Auswerteeinrichtung mit einem Feldbus des Fahrzeugs gekoppelt , wobei der Feldbus insbesondere ein CAN-Bus sein kann .

Über den Feldbus bzw . CAN-Bus kann die Steuer- Auswerteeinrichtung immer dann, wenn die Messeinrichtung eine vorgegebene Messposition erreicht hat , die Qualitätsdaten der Verbindung einzelner Sende-Empf angseinrichtungen am Messobj ekt ( dem Fahrzeug) auslesen . Die messob ektseitigen Messwerte werden in diesem Fall also von der Steuer-Auswerteeinrichtung direkt am Messobj ekt erfasst . Zusätzl ich kann auch eine Messung in der Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung erfolgen . Diese Anordnung hat den Vorteil , dass über einen Fahrzeugbus in der Regel die gesamten Qualitätsdaten j eder der Kommunikationseinrichtungen zur Verfügung stehen und nach einem festgelegten und spezi fi zierten Protokoll ausgelesen werden können . Insbesondere können durch die Busanbindung auch Qualitätswerte an solchen Messobj ekt- Kommunikationseinrichtungen erfasst werden, zu denen die Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung keine Verbindung herstellen kann . Dies ist besonders vorteilhaft , um Bereiche zu kartieren, in denen keine Kommunikationsverbindung hergestellt werden kann .

Wie bereits erwähnt , ist es vorteilhaft , als drahtloses Kommunikationsverfahren zwischen der Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung und der Mes sobj ekt- Kommunikationseinrichtung eine UWB-Kommunikation zu verwenden . Die UWB-Kommunikation zeichnet sich durch eine breitbandige Signalkommunikation mit geringer Reichweite und Sendeleistung aus . UWB-basierte Kommunikationsverfahren erlauben eine ( relativ) genaue Positionsbestimmung und eignen sich besonders für Systeme , die eine solche genaue Positionsbestimmung für Zugangsberechtigungsprüfungen erfordern . Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen mit drahtlosen Zugangs systemen der Fall . Dabei ist die UWB-Kommunikation stark von Abschirmef fekten abhängig und damit empfindlich gegenüber der Anordnung der UWB- Kommunikationseinrichtungen am Fahrzeug . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, um ein Kraftfahrzeug herum die Auswirkungen der Fahrzeugkarosserie und anderer Fahrzeugaufbauten auf die Qualität einer UWB- Verbindung zu messen .

Besonders vorteilhaft ist es , wenn die Halterung der Messeinrichtung zur lösbaren Aufnahme einer Kommunikationseinrichtung der Messeinrichtung ausgebildet ist .

Soll die Qualität einer Kommunikationsverbindung mit mehreren unterschiedlichen Geräten, beispielsweise mehreren Mobiltelef onen unterschiedlicher Geometrie und Hersteller sowie mit unterschiedlichem innerem Aufbau gemessen werden, so ist es besonders vorteilhaft , wenn die Halterung der Messeinrichtung zur lösbaren Aufnahme ausgebildet ist . Auf diese Weise können beispielsweise für ein einheitliches Messprotokoll unterschiedliche Messeinrichtungskommunikationseinrichtungen an dieselbe Messeinrichtung angekoppelt werden und es kann dasselbe Positionsprotokoll abgefahren werden, um die j eweiligen Qualitätswerte für unterschiedliche Positionen für die unterschiedlichen Messeinr ich tungs kommuni kationseinr ich t ungen zu erfassen .

In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung weist die Halterung zum lösbaren Aufnehmen einer Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung eine Mehrzahl von Halterungsadaptern zum Befestigen einer ausgewählten Mes seinrichtungs- Kommunikationseinrichtung auf . Derartige Halterungsadapter können beispielsweise an unterschiedl iche Modelle von Mobiltelef onen oder Tablet-PCs angepasst werden und ermöglichen einen schnellen Wechsel der Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung durch Kopplung der j eweiligen Halterungsadapter mit einerseits einer Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung und andererseits der Messeinrichtung selbst .

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Mobiltelef ons als Messeinrichtung-Kommunikationseinrichtung .

Während als Messeinrichtung-Kommunikationseinrichtung grundsätzlich auch ein speziell für die Messung ausgelegtes Sende-/Empf angssystem an der Messeinrichtung angeordnet werden kann, ermöglicht die Verwendung eines handelsüblichen Mobiltelef ons besonders realitätsnahe Messungen .

Während die Positionserfas sung der Messeinrichtung prinzipiell über die Kamera und die Steuerauswerteeinrichtung anhand einer Messeinrichtungsbildaufnahme erfolgen kann, ist es weiterhin vorteilhaft , die Messeinrichtung mit mehreren künstlichen Markern aus zustatten .

Die künstlichen Marker ermöglichen eine besonders trennscharfe Erfassung, während die Bilderkennung mit natürlichen Markern regelmäßig auf optimierte Umgebungs- und Beleuchtungsbedingungen angewiesen ist .

Dementsprechend werden bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mehrere Lichtquellen al s künstliche Marker an der Messeinrichtung verwendet . Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Lichtquellen um Lichtquellen im Inf rarotspektrum, insbesondere um Inf rarot-LEDs . Werden solche Inf rarot-LEDs als künstliche Marker verwendet , so kann die Kamera zur Filterung störender Umgebungseinflüsse mit einem entsprechenden Wellenlängenfilter ausgestattet werden, um beispielsweise das UV-Spektrum und das für den Menschen sichtbare Spektrum weitgehend aus den erfassten Bilddaten heraus zufiltern . Der Kontrast entsprechender Bilddaten kann dann für die Positionsbestimmung deutlich verbessert werden .

Es ist auch möglich, entsprechende künstliche Markierungen am Messobj ekt anzubringen, um auch dessen Position über die Kamera zu erfassen . Da das Messobj ekt während der Messung j edoch orts fest bleibt , ist hier regelmäßig eine einmalige Erfassung zu Beginn eines Mess zyklus relevant . Nach dieser einmaligen Positionserfassung können die künstlichen Marker am Messobj ekt regelmäßig entfernt werden, um die dynamische Positionserfassung der Messeinrichtung relativ zum Messobj ekt während der Durchführung des Mess zyklus nicht zu stören .

Die Erfindung wird nun anhand eines Aus führungsbeispiels näher erläutert , das auch in den beigefügten Figuren dargestellt ist .

Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung wesentlicher Komponenten zur Durchführung einer Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens ;

Figur 2 zeigt schematisch die Komponenten und Kommunikationsverbindungen bei der Durchführung einer Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens ;

Figur 3 zeigt eine Messeinrichtung gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel ;

Figur 4 zeigt ein Ablauf diagramm der Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens ;

Figur 5 zeigt eine schematische Verteilung von Qualitätsdaten an verschiedenen Messpositionen;

Figur 1 zeigt ein Messobj ekt in Form eines Fahrzeugs 1 . Das Fahrzeug 1 ist mittig in einem Messbereich 2 (Mess feld) angeordnet . Der Messbereich 2 befindet sich im Erfassungsbereich einer Kamera 3 . Die Kamera 3 ist mittig über dem Fahrzeug 1 angeordnet . Eine fernsteuerbare Messeinrichtung 4 ist als bodenfahrbarer Roboter ausgebildet , der (wie unten dargestellt ) um das Fahrzeug 1 im Mes sbereich 2 manövrieren kann .

Die Größe des Messbereichs , d . h . das hori zontale und vertikale Sichtfeld der Kamera, muss bei der Planung der Messung berücksichtigt werden . Das Sichtfeld einer der Kameras 3 ist so zu wählen, dass an den Rändern keine Verzerrungen in einem Ausmaß aufgenommen werden, das die Auflösung der Positionsbestimmung in diesen Bereichen negativ beeinflusst .

In Figur 2 ist der Aufbau in einer Draufsicht schematisch dargestellt . Das Fahrzeug 1 befindet sich mittig im Messbereich 2 . Im Messbereich 2 sind die j eweils anzufahrenden Messpositionen symbolisch durch Kreise 2a dargestellt . Die Messeinrichtung 4 ist als über den Boden verfahrbarer Roboter ausgebildet , der über eine höhenverstellbare Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung 6 verfügt . Die in diesem Aus führungsbeispiel verwendete Messeinrichtung besteht aus einem Roboter der Firma Nexus , dessen Roboterplattform mit vier angetriebenen Mecanum-Rädern ausgestattet ist . Auf der Roboterplattform ist eine vertikale Stangenanordnung angeordnet , entlang derer eine Halterung über einen elektrisch angetriebenen Riementrieb verfahrbar ist . In der Halterung ist ein Mobiltelefon als Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung 6 angeordnet . Damit kann die Messeinrichtung 4 auf dem Boden im Messbereich 2 verfahren und die Höhe der Messeinrichtungs-Kommuni kationseinrichtung 6 über den elektrisch angetriebenen Riementrieb variiert werden, so dass an j edem der Messpunkte 2a Messungen mit unterschiedlichen Höheneinstellungen durchführbar sind .

Eine Steuer-Auswertungseinrichtung in Form eines Computers 10 ist in der Nähe des Messbereichs 2 angeordnet und steht über eine Funkverbindung 4a in Kommunikation mit der Messeinrichtung 4 . Die Kommunikationsverbindung 4a ist in diesem Aus führungsbeispiel eine Bluetooth-Verbindung . Der Rechner 10 ist über eine Signalleitung la über Schnittstellen mit dem CAN-Bus des Fahrzeugs 1 gekoppelt . Weiterhin ist der Rechner 10 über eine Verbindung 3a mit der Kamera 3 gekoppelt . Von der Kamera 3 werden Bilddaten zum Rechner 10 übertragen . Am Fahrzeug 1 (Messobj ekt ) sind an mehreren Stellen UWB- Kommunikationseinrichtungen als Messobj ekt- Kommunikationseinrichtungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e angeordnet . Diese Messob ekt-Kommunikationseinrichtungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sind ihrerseits an den CAN-Bus des Fahrzeugs angekoppelt , gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines zentralen Steuerungssystems des Fahrzeugs 1 . Der Rechner 10 kann als Steuer-Auswertungseinrichtung j ederzeit die Qualitätsdaten einer Kommunikationsverbindung zwischen j eder der UWB- Kommunikationseinrichtungen erfassen . Steht eine UWB- Kommunikationseinrichtung nicht in Kommunikationsverbindung mit einem anderen Kommunikationsteilnehmer , so ist dies ebenfalls durch den Rechner 10 zu erfassen .

Die Messeinrichtung 4 durchfährt den Messbereich 2 entlang einer vorgegebenen oder einer dynamisch erzeugten Traj ektorie , um an j edem der Messpunkte 2a eine Messung der Qualitätswerte einer Kommunikation zwischen der Messeinrichtung- Kommunikationseinrichtung 6 und einer oder mehreren der UWB- Kommunikationseinrichtungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e durchzuführen . Es liegt in der Natur der Sache , dass für den Fall , dass keine Kommunikationsverbindung zwischen einer oder mehreren der UWB- Kommunikationseinrichtungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und der Messeinrichtungskommunikationseinrichtung 6 hergestellt werden kann, keine Qualitätswerte seitens der Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung 6 und der Messeinrichtung 4 selbst erfasst werden können, außer der Information, dass keine Kommunikation möglich ist . Die von dem Rechner 10 an derselben Position parallel erfassten Qualitätswerte , die über die Verbindung la aus dem Bussystem des Fahrzeugs ausgelesen werden, ermöglichen j edoch eine Abbildung des gesamten Bereichs 2 für j ede der UWB-Kommunikationseinrichtungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e .

In dieser Darstellung ist bereits zu erkennen, dass j e nach Position der Messeinrichtung 4 innerhalb des Messbereichs 2 die Signalverbindungen zu den j eweiligen UWB- Kommunikationseinrichtungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e einerseits einen unterschiedlichen Signalweg aufweisen und andererseits unterschiedliche Abstimmungen durch die Fahrzeugkarosserie vorliegen werden . Dies wirkt sich auf die Qualitätswerte in signi fikanter Weise aus , wie unten unter Bezug auf Figur 5 dargestellt wird .

Die in diesem Aus führungsbeispiel verwendete Messeinrichtung 4 ist in Figur 3 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt . Bodenseitig ist die Roboterbasis 4b mit vier angetriebenen Mecanum-Rädern dargestellt . Diese Roboterbasis ist mit Antriebsmitteln, einem Energiespeicher und Sende- und Empfangsmitteln zur Kommunikation mit der ausgebildet . Von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 erhält die Roboterbasis Positionsinformationen oder auch Steuerinformationen über die Bewegung im Messbereich 2 . An der Roboterbasis 4b ist eine Tragstruktur 4d mit einem Riementrieb 4e angeordnet . Mit dem Riementrieb 4e ist ein Träger 4c verbunden, um den Träger 4c motorisch in der Höhe gegenüber dem Boden zu verstellen . Dazu ist der Riementrieb 4e mit einem steuerbaren Elektromotor gekoppelt . In die Halterung 4c ist ein Mobiltelefon als Messeinrichtung-Kommunikationseinrichtung 6 eingespannt , so dass das Mobiltelefon als Messeinrichtung- Kommunikationseinrichtung 6 höhenverstellbar auf der Roboterbasis 4b verfahrbar gehalten i st . Durch die bekannte Ansteuerung eines Antriebs der Mecanum-Räder ist es möglich, die Messeinrichtung 4 im Messbereich 2 beliebig zu verfahren und in ihrer Orientierung zum Messobj ekt aus zurichten . Am oberen Ende der Tragstruktur 4d sind im Bereich des Riemenlagers drei Inf rarot-LEDs 4 f angeordnet . Diese InfrarotLEDs 4 f werden von der Kamera 3 erfas st und die entsprechenden Bilddaten im Steuerauswertegerät 10 ausgewertet . Die Sortierung der erfassten Inf rarot-LEDs ist möglich, da durch die unterschiedlichen Abstände der LEDs zueinander eine Orientierungserkennung und Zuordnung erfolgen kann . Es ist erkennbar, dass die LEDs in einer Dreiecksstruktur angeordnet sind, wobei es sich j edoch nicht um ein gleichseitiges Dreieck handelt , so dass eine der LEDs anhand der Abstandsmessung der Bilddaten j ederzeit identi fi zierbar i st . Durch die Anordnung der Inf rarot-LEDs als Markierungen 4 f am oberen Ende der Trägerstruktur 4d wird eine Abschattung dieser Markierungen durch das Messobj ekt 1 weitestgehend vermieden .

Figur 4 zeigt ein Ablauf diagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel . Der Ablauf ist in drei Hauptteile 100 , 110 , 120 gegliedert und aus Sicht der Steuer- Auswertungseinrichtung dargestellt :

- 110 : Erkennung des zu vermessenden Fahrzeugs ;

- 120 : Planung der Messung

- 130 : Durchführung der Messung .

Zu Beginn stellt die Steuer-Auswertungseinrichtung 10 eine Verbindung zur Kamera 3 her und stellt die Parameter ein, die für eine robuste Fahrzeug- und Robotererkennung notwendig sind . Sind diese eingestellt , beginnt die Suche nach Fahrzeugmarkern, die die Position des Fahrzeugs 1 im Messbereich 2 kennzeichnen . Dazu wird immer das aktuelle Bild verarbeitet und anschließend nach den Markern gesucht . Die Marker können temporär am Fahrzeug angebrachte optische Markierungen oder Leuchtmittel , z . B . Inf rarot-LEDs , sein . Vor einem Messdurchlauf ist es nur einmal erforderlich, das Fahrzeug im Messbereich 2 zu vermessen, um seine genaue Position und Orientierung im Messbereich 2 zu bestimmen . Dieses optische Einmessen des Messobj ektes im Messbereich kann ganz entfallen, wenn zu Beginn der Messung eine präzise Positionierung des Messobj ektes im Messbereich erfolgt . Das Einmessen über optische Marker erlaubt es j edoch, das Messobj ekt innerhalb gewisser Toleranzen im Messbereich zu platzieren und die tatsächliche Position bei den Messungen durch die anfängliche Einmessung des Messobj ektes zu berücksichtigen .

I st die Suche nach Markierungen des Messobj ekts erfolgreich, kann gewartet werden, bi s ein Bediener die Marker für das Fahrzeug entfernt hat , damit die weitere Messung nicht durch zusätzliche Marker beeinflusst wird .

Anschließend wird die Suche nach den künstlichen Markierungen 4 f der Messeinrichtung 4 durchgeführt . I st diese Suche erfolgreich, ist der erste Teil 110 des Verfahrens abgeschlossen .

Anschließend sortiert die Steuer-Auswerteeinheit 10 die künstlichen Markierungen 4 f der Messeinrichtung und erstellt eine Messpunktmatrix 2a mit den anzuführenden Messpositionen . Anschließend erfolgt die Fahrplanung, d . h . die Reihenfolge , in der die Messeinrichtung vier die Messpunkte 2A anfahren soll .

Im Verf ahrensteil 130 wird die Messung durchgeführt . Dazu liefert die Kamera 3 ein Live-Videobi ld an die Steuer- Auswerteeinheit 10 . Bei j edem empfangenen Bild oder in vorgegebenen periodischen Abständen ermittelt die steuernde Auswerteeinrichtung 10 die Position der künstlichen Markierungen 4 f der Messeinrichtung 4 . Werden die künstlichen Markierungen 4 f von der steuernden Auswerteeinrichtung nicht gefunden, erfolgt eine erneute Suche in den nächsten Bilddaten . Werden die künstlichen Markierungen 4 f gefunden, sortiert die Steuer-Auswerteeinrichtung die gefundenen künstlichen Markierungen 4 f und ermittelt so die Position und Orientierung der Messeinrichtung 4 . In Abhängigkeit von der Position der Messeinrichtung 4 kann die Steuer- Auswerteeinrichtung 10 auch bestimmen, auf welcher Seite des Fahrzeugs 3 sich die Messeinrichtung 4 befindet und die Messeinrichtung auf das Fahrzeug ausrichten . Dadurch ist gewährleistet , dass sich zwischen der Messeinrichtung- Kommunikationseinrichtungen ( in diesem Aus führungsbeispiel dem Mobiltelef on) und dem Messobj ekt 1 keine Aufbauten der Messeinrichtung 4 selbst befinden . Die Steuer- Auswertungseinrichtung 10 überprüft nach Feststellung der Position der Messeinrichtung 4 , ob die Messeinrichtung 4 am vorgesehenen Messpunkt 2a angelangt i st und gibt in diesem Fall den Befehl anzuhalten . Anschließend erfolgt die eigentliche Messung der UWB-Verbindungsqualität , wobei die Steuer-Auswertungseinrichtung 10 über den CAN- Fahrzeugbus die Daten der j eweiligen Messobj ekt-Kommunikationseinrichtungen 5a, ..., 5e ausliest . In der Messeinrichtung- Kommunikationseinrichtungen 6 können zeitgleich ebenfalls Qualitätsparameter für die Kommunikationsverbindungen gespeichert und gegebenenfalls auch unmittelbar über die Bluetooth Verbindung 4a versendet werden .

In Figur 5 ist schematisch das Ergebnis einer Messwertaufnahme in einem Messdurchgang für eine einheitliche Höheneinstellung der Messeinrichtung-Kommunikationsvorrichtung 6 gezeigt . In dieser Darstellung beziehen sich die dargestellten Qualitätswerte auf die Verbindung der Messeinrichtung-Kommunikationsvorrichtung 6 an den j eweils gekennzeichneten Positionen mit der Messobj ekt- Kommunikationseinrichtungen 5b . Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die erfassten Messwerte in vier Kategorien eingeteilt , nämlich - , 0 , + , ++ , wobei das Minus zeichen für eine nicht-vorhandene Kommunikation steht , die 0 für eine schlechte Verbindungsqualität , ein + für eine gute Verbindungsqualität und ein doppeltes ++ für eine sehr gute Verbindungsqualität . Eine korrespondierende Messwertverteilung kann auch für j ede andere der Messobj ekt- Kommunikationseinrichtungen 5a, ..., 5e auf genommen werden, wobei entsprechende Werte auch an j edem Mes spunkt 2a für unterschiedliche Höheneinstellungen der Messeinrichtung-

Kommunikationseinrichtung erstellt werden können .

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur räumlich aufgelösten Erfassung von Qualitätsinformationen zu drahtlosen Kommunikationsverbindungen, wobei ein Messobjekt (1) ortsfest an einer ersten Raumposition angeordnet wird, wobei das Messobjekt (1) wenigstens eine erste Messob j ekt-Kommunikationseinrichtung (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) zur drahtlosen Kommunikation aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kamera (3) beabstandet zu dem Messobjekt

(1) ortsfest angeordnet wird und derart auf das Messobjekt (1) ausgerichtet wird, dass das Messobjekt (1) sowie wenigstens ein an das Messobjekt angrenzender Raumbereich als räumlicher Messbereich (2) erfasst wird, eine mobile, fernlenkbare und bodenfahrbare Messeinrichtung (4) in dem räumlichen Messbereich (2) platziert wird, wobei die Messeinrichtung (4) mit Markierungen (4e) ausgestattet ist, welche durch die Kamera (3) erfassbar sind, die Messeinrichtung (4) eine Halterung (4c) aufweist, welche mit einer Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung (6) gekoppelt ist, wobei die Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung (6) zur drahtlosen Kommunikation mit der Messobjekt-Kommunikationseinrichtung (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) ausgebildet ist, eine Steuer-Auswerteeinrichtung (10) sowohl mit der Kamera (3) als auch mit der Messobjekt-Kommunikationseinrichtung (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und der Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung (6) zur Datenübertragung gekoppelt ist, und mit der Steuer-Auswerteeinrichtung (10) die Bilddaten der Kamera (3) ausgelesen werden, um eine Orts-Lagebestimmung der fernlenkbaren

Messeinrichtung (4) vorzunehmen, - durch Ansteuerung der fernlenkbaren Messeinrichtung

(4) eine Raumposition und Raumausrichtung in dem Messbereich (2) durch die Messeinrichtung angefahren wird,

- ein Qualitätswert einer drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen der Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung (6) und der

Messobjekt-Kommunikationseinrichtung (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) erfasst wird;

- der Qualitätswert in Zuordnung zu der Raumposition und Raumlage der Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung (6) gespeichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Halterung (4c) über Fernwirkung gegenüber dem Boden höhenverstellbar ausgebildet ist und durch Ansteuerung der fernlenkbaren Messeinrichtung mit Hilfe der Steuer-Auswerteeinrichtung eine räumliche Messhöhe der höhenverstellbaren Halterung eingestellt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Kamera (3) oberhalb des Messobjekts angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kamera (3) ausgerichtet und konfiguriert wird, um das gesamte Messobjekt (1) mit angrenzenden Raumbereichen im gesamten Umfang des Messobjekts zu erfassen.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Messobjekt (1) ein Fahrzeug verwendet wird.

6 . Verfahren nach Anspruch 5 , wobei die Steuer- Auswerteeinrichtung mit einem Feldbus des Fahrzeugs gekoppelt ist , insbesondere mit einem CAN-Bus .

7 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei als drahtloses Kommunikationsverfahren zwischen Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung und Messobj ekt- Kommunikationseinrichtung eine UWB-Kommunikation eingesetzt wird .

8 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei die Halterung der Messeinrichtung zur lösbaren Aufnahme einer Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung ausgebildet ist .

9 . Verfahren nach Anspruch 8 , wobei die Halterung zur lösbaren Aufnahme einer Messeinrichtungs- Kommunikationseinrichtung mit einem von einer Mehrzahl von Halte-Adaptern ausgestattet wird, um eine gewählte Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung zu befestigen .

10 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei als Messeinrichtungs-Kommunikationseinrichtung ein Mobiltelefon verwendet wird .

11 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei die Messeinrichtung mit einer Mehrzahl von künstlichen Markern versehen wird .

12 . Verfahren nach Anspruch 11 , wobei als künstliche Marker wenigstens teilweise durch Infrarot-Leuchtmittel , insbesondere Inf rarot-LEDs verwendet werden .