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Dokumentenidentifikation DE19516431A1 07.11.1996
Titel Verfahren zum Auswählen eines Bildes aus einer Bildersammlung für die photogrammetrische Berechnung der räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hoffmann, Christian, Dr.-Ing., 81545 München, DE;
Kamsties, Klaus-Dieter, Dipl.-Ing., 91325 Adelsdorf, DE;
Lockau, Jürgen, Dr.-Ing., 91054 Erlangen, DE;
Rummel, Peter, Dipl.-Ing., 83703 Gmund, DE
DE-Anmeldedatum 04.05.1995
DE-Aktenzeichen 19516431
Offenlegungstag 07.11.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.11.1996
IPC-Hauptklasse G01C 11/06
IPC-Nebenklasse G01C 11/28   G06T 7/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswählen eines Bildes (3, 7), auf dem ein Objektpunkt (A) abgebildet ist, aus einer Bildersammlung. Dieses Verfahren dient für die photogrammetrische Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes (A). Es ist ein Primärbild (2) bekannt, auf dem ein Abbildungsort (B) des Objektpunktes (A) zu erkennen ist. Für jedes Bild der Bildersammlung, sowie für das Primärbild (2) ist die Position bekannt, die die Bildebene zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum eingenommen hat. Es ist vorgesehen, daß auf den Bildern der Bildersammlung eine gedachte Verbindungslinie (5) zwischen dem Objektpunkt (A) einerseits und dem Abbildungsort (B) des Objektpunktes (A) auf dem Primärbild (2) andererseits als Ortslinie (4) des Objektpunktes (A) abgebildet wird. Aus der Bildersammlung werden dann Bilder ausgewählt, auf denen die Ortslinie (4) zu erkennen ist. Auf diesen Bildern wird ein Abbildungsort (C) des Objektpunktes (A) auf oder in der Nähe der Ortslinie (4) gesucht. Ein Bild, auf dem der Abbildungsort (C) gefunden worden ist, wird als Sekundärbild (3) ausgewählt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswählen eines Bildes, auf dem ein Objektpunkt abgebildet ist, aus einer Bildersammlung für die photogrammetrische Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes, wobei ein Primärbild bekannt ist, auf dem ein Abbildungsort des Objektpunktes zu erkennen ist, und wobei für jedes Bild der Bildersammlung, sowie für das Primärbild, die Position, die die Bildebene zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum eingenommen hat, bekannt ist.

Aus der EP 0 477 404 A1 ist ein Verfahren zur Dokumentation einer Anlage oder eines Anlagenteiles bekannt. Dabei werden die Anlage oder das Anlagenteil aus mindestens zwei Richtungen fotografiert, wobei es darauf ankommt, daß ein Punkt des fotografierten Objektes auf mindestens zwei Bildern, die aus unterschiedlichen Positionen aufgenommen worden sind, zu erkennen ist. Aus den Positionen der Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahmen und aus den Orten der Abbildungen des Objektpunktes auf den Bildern werden dann die räumlichen Koordinaten des Objektpunktes bestimmt. Indem man in der gleichen Weise einen zweiten Punkt der Anlage oder des Anlagenteiles bestimmt, kann das Teilstück der Anlage oder des Anlagenteiles zwischen diesen beiden Punkten dokumentiert werden, sofern man davon ausgehen kann, daß dieses Teilstück geradlinig verläuft.

Für eine derartige Anlagendokumentation werden sehr viele Fotografien erstellt und in einer Bildersammlung abgelegt. Dabei ist für jedes Bild die Position, die die Bildebene zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum eingenommen hat, bekannt. Die Bildersammlung kann aus digitalisierten Bildern bestehen, die z. B. auf einer Foto-CD abgespeichert sein können.

In der Regel erfolgt die Berechnung der räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes erst nachdem die gesamte Bildersammlung für die Dokumentation einer meist großen Anlage erstellt worden ist. Es müssen daher zum Bestimmen der räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes zunächst geeignete Bilder aus einer großen Bildersammlung ausgewählt werden. Häufig ist jedoch die Abbildung eines Objektpunktes auf einem Bild nur schwer zu erkennen. Die Durchsicht einer großen Bildersammlung mit dem Ziel, Bilder auszuwählen, die den Objektpunkt zeigen, ist daher aufwendig und nimmt sehr viel Zeit in Anspruch. Das gilt auch, wenn die Bildersammlung auf einer Foto-CD abgespeichert ist und die Bilder auf einem Bildschirm betrachtet werden können.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auswählen eines Bildes aus einer Bildersammlung anzugeben, mit dem bei einer schnellen Durchsicht der Bilder zuverlässig erkannt werden kann, ob auf einem Bild ein konkreter Objektpunkt abgebildet ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf den Bildern der Bildersammlung eine gedachte Verbindungslinie (Sichtstrahl) zwischen dem Objektpunkt einerseits und dem Abbildungsort des Objektpunktes auf dem Primärbild andererseits als Ortslinie (Epipolarlinie) des Objektpunktes abgebildet wird, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Ortslinie zu erkennen ist, daß auf diesen Bildern ein Abbildungsort des Objektpunktes auf oder in der Nähe der Ortslinie gesucht wird und daß ein Bild, auf dem der Abbildungsort gefunden worden ist, als Sekundärbild ausgewählt wird.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß durch den Einsatz der Ortslinie sehr schnell festgestellt werden kann, ob auf einem Bild der Bildersammlung der Objektpunkt abgebildet ist oder nicht. Der Abbildungsort des Objektpunktes auf einem Sekundärbild muß nämlich dort, da der Objektpunkt selbst auf dem Sichtstrahl liegt, auf der abgebildeten Ortslinie liegen. Bei Berücksichtigung kleinerer Fehler, die bei der Bestimmung der Ortslinie entstehen können, muß der Abbildungsort des Objektpunktes auf dem Sekundärbild auf oder in der Nähe der Ortslinie liegen. Es reicht folglich aus, den Abbildungsort auf Bildern der Bildersammlung im Bereich der Ortslinie zu suchen. Mit der Ortslinie wird das Auffinden des Abbildungsortes vorteilhafterweise sehr erleichtert. Folglich kann die Bildersammlung sehr schnell durchgesehen werden und es können trotzdem die gewünschten Bilder zuverlässig herausgesucht werden.

Falls die Bildersammlung auf einem Bildschirm durchgesehen wird, kann die Ortslinie für jedes Bild zusammen mit diesem Bild auf dem Bildschirm dargestellt werden.

Falls der Objektpunkt ein Teil einer Objektlinie ist, wird beispielsweise als Abbildungsort auf den aus der Bildersammlung ausgewählten Bildern ein Schnittpunkt der Ortslinie mit einer Abbildung der Objektlinie gesucht. Damit wird der Vorteil erzielt, daß ein für die photogrammetrische Berechnung von räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes erforderliches Sekundärbild auch dann ausgewählt werden kann, falls auf dem Objekt kein konkreter Punkt, sondern nur eine Objektlinie, z. B. eine Kante eines Bauteils, zu erkennen ist und ein beliebiger Objektpunkt auf der Objektlinie ausgewählt wird.

Beispielsweise werden aus der Bildersammlung nur solche Bilder ausgewählt, auf denen die Ortslinie über einen großen Abschnitt, der mindestens der Länge einer Seite des Bildes entspricht, zu erkennen ist. Damit wird der Vorteil erzielt, daß solche Bilder unberücksichtigt bleiben, auf denen zwar ein Teil der Ortslinie, nicht aber derjenige Teil der Ortslinie zu erkennen ist, der den Abbildungsort des Objektpunktes enthält. Falls auf dem Bild ein großer Abschnitt der Ortslinie zu erkennen ist, ist die Wahrscheinlichkeit, daß auf diesem großen Abschnitt der Abbildungsort des Objektpunktes liegt, sehr groß.

Beispielsweise werden aus der Bildersammlung nur solche Bilder ausgewählt, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum mit der Bildebene des Primärbildes einen Winkel zwischen ca. 45° und 135°, insbesondere 90°, gebildet haben. Auf solchen Bildern ist die Ortslinie besonders gut zu erkennen.

Beispielsweise kann zusätzlich zu einem Sekundärbild, auf dem der gleiche Objektpunkt wie auf dem Primärbild zu erkennen ist, ein Tertiärbild ausgewählt werden, das ebenfalls diesen Objektpunkt zeigt. Ein solches Tertiärbild kann notwendig sein, wenn die räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes bereits in üblicher Weise mit Hilfe eines Primärbildes und eines geeigneten Sekundärbildes berechnet worden sind und dann diese Berechnung überprüft werden soll. Zum Auswählen eines für eine solche Überprüfung geeigneten Tertiärbildes aus der Bildersammlung wird beispielsweise auf den Bildern der Bildersammlung der zuvor berechnete Ort des Objektpunktes als Markierung abgebildet. Aus der Bildersammlung werden dann Bilder ausgewählt, auf denen die Markierung zu erkennen ist. Auf diesen Bildern wird ein Abbildungsort des Objektpunktes auf oder in der Nähe der Markierung gesucht. Ein Bild, auf dem der Abbildungsort gefunden worden ist, wird dann als Tertiärbild zur Überprüfung und zur genauen Bestimmung der Koordinaten des Objektpunktes benutzt.

Durch das Auffinden eines solchen Tertiärbildes kann die Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes bestätigt werden oder ihre Genauigkeit kann vergrößert werden, indem die Bildkoordinaten des Abbildungsortes des Objektpunktes auf dem Tertiärbild zur Berechnung hinzugezogen werden.

Die Markierung kann ein Fadenkreuz sein, das, falls die Bildersammlung auf einer Foto-CD gespeichert ist und die Bilder auf einem Bildschirm betrachtet werden, auf diesem Bildschirm eingeblendet werden kann.

Mit dem geschilderten Verfahren kann ein Tertiärbild schnell und zuverlässig ausgewählt werden und für eine genauere Bestimmung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes benutzt werden.

Beispielsweise werden aus der Bildersammlung für das Auswählen eines Tertiärbildes nur solche Bilder ausgewählt, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum mit den Bildebenen des Primärbildes und des Sekundärbildes jeweils einen Winkel zwischen ca. 45° und 135°, insbesondere 90°, gebildet haben.

Damit werden mögliche Abweichungen des berechneten und markierten Abbildungsortes des Objektpunktes vom wirklichen Abbildungsort auf dem Tertiärbild besonders zuverlässig erkannt. Dadurch ist eine Überprüfung der Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes und eine noch genauere Berechnung dieser Koordinaten möglich.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß für eine Anlagendokumentation benötigte Bilder aus einer bestehenden Bildersammlung schnell und zuverlässig ausgewählt werden können.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Objekt (Bauteil) und ein zum Bestimmen der räumlichen Koordinaten eines Objektpunktes notwendiges Bilderpaar, bestehend aus einem Primärbild und einem mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung aus einer Bildersammlung ausgewählten Sekundärbild.

Fig. 2 zeigt ein aus der Bildersammlung ausgewähltes Tertiärbild, das zur Überprüfung einer Koordinatenbestimmung dient.

Fig. 1 zeigt ein quaderförmiges Objekt 1, auf dem ein Objektpunkt A zu erkennen ist, der beispielsweise die Ecke eines Quaders ist. Der Objektpunkt A kann durch eine aufgeklebte Markierung kenntlich gemacht sein. Das Objekt 1 kann auch eine andere Form haben.

Es ist bereits ein Primärbild 2 bekannt, auf dem ein Abbildungsort B des Objektpunktes A zu erkennen ist. Außerdem ist eine Bildersammlung vorhanden, deren Bilder das Objekt 1 zeigen. Für das Primärbild 2, wie auch für alle Bilder der Bildersammlung sind die Positionen der Bildebenen im Raum für den Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Bildes bekannt.

Mit Hilfe des Primärbildes 2 und eines geeigneten Sekundärbildes 3, das auch den Objektpunkt A zeigen muß, können dann in bekannter Weise die räumlichen Koordinaten des Objektpunktes A berechnet werden. Dazu ist jedoch erforderlich, daß aus der großen Bildersammlung ein geeignetes Sekundärbild 3 ausgewählt wird. Eine solche Auswahl kann mit dem Verfahren nach der Erfindung schnell und zuverlässig erfolgen.

Zum Auswählen eines geeigneten Sekundärbildes 3 wird auf allen Bildern der Bildersammlung eine Ortslinie 4 (Epipolarlinie) des Objektpunktes A abgebildet. Diese Ortslinie 4 ist das Bild einer gedachten Verbindungslinie 5 (Sichtstrahl) zwischen dem Objektpunkt A einerseits und dem Abbildungsort B des Objektpunktes A auf dem Primärbild 2 andererseits. Da der Objektpunkt A selbst auf der Verbindungslinie 5 liegt, muß ein Abbildungsort C des Objektpunktes A auf dem Sekundärbild 3 auf der Ortslinie 4 liegen. Kleine Abweichungen sind möglich und gehen auf tolerierbare Fehler zurück. Die Ortslinie 4 ist folglich ein Hilfsmittel, mit dem der Abbildungsort C des Objektpunktes A auf einem Sekundärbild 3 schnell und zuverlässig gefunden werden kann. Dazu werden zunächst, in der Regel automatisch, aus der Bildersammlung diejenigen Bilder ausgewählt, auf denen die Ortslinie 4 zu erkennen ist. Auf diesen ausgewählten Bildern wird dann der Abbildungsort C des Objektpunktes A auf oder in der Nähe der Ortslinie 4 beispielsweise durch einen Bediener gesucht. Die Suche könnte auch automatisch erfolgen. Ein Bild, auf dem der Abbildungsort C auf oder in der Nähe der Ortslinie 4 gefunden worden ist, wird dann als Sekundärbild 3 zur photogrammetrischen Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes A benutzt. Der Abbildungsort C auf dem Sekundärbild 3 ist ohne Hilfsmittel zu erkennen. Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist es jedoch erstmals möglich, in nur kurzer Zeit eine große Bildersammlung daraufhin durchzusehen, ob ein Abbildungsort C des Objektpunktes A zu finden ist. Das ist möglich, weil eine in der Regel automatische Bildervorauswahl erfolgt und weil dann nur auf oder in der Nähe der Ortslinie 4, z. B. vom Bediener, nach dem Abbildungsort C gesucht wird.

Falls statt eines Objektpunktes A auf dem Primärbild 2 nur eine aus vielen Objektpunkten bestehende Objektlinie a, z. B. eine Objektkante, abgebildet ist, wird von einem beliebigen Punkt auf der Objektlinie a ausgegangen, der dann der Objektpunkt A ist. Die Verbindungslinie 5 (Sichtstrahl) geht dann von diesem Objektpunkt A aus und endet am Primärbild 2, worauf sie senkrecht steht. Der Endpunkt der Verbindungslinie 5 am Primärbild 2 ist dann der Abbildungsort B des Objektpunktes A auf dem Primärbild 2. Auf den Bildern der Bildersammlung wird dann der Sichtstrahl 5 als Ortslinie 4 (Epipolarlinie) abgebildet. Aus der Bildersammlung werden danach Bilder ausgewählt, auf denen die Ortslinie 4 zu erkennen ist. Auf diesen Bildern wird eine Abbildung c* der Objektlinie a gesucht. Als Abbildungsort C des Objektpunktes A wird dann ein Schnittpunkt der Ortslinie 4 mit der Abbildung c* der Objektlinie a gesucht. Ein Bild, auf dem ein solcher Schnittpunkt gefunden worden ist, wird als Sekundärbild 3 ausgewählt.

Falls die Bilder der Bildersammlung digitalisiert abgespeichert sind, können sie nacheinander auf einem Bildschirm dargestellt werden, wobei der jeweilige Verlauf der Ortslinie 4 auf dem Bildschirm eingeblendet wird.

Die Bildebenen des Primärbildes 2 und des Sekundärbildes 3 bilden zum Zeitpunkt der Aufnahme miteinander einen Winkel, der z. B. 45°-135°, insbesondere ungefähr 90° ist.

Mit Hilfe des Primärbildes 2 und des Sekundärbildes 3 und mit deren bekannten Positionen im Raum zum Zeitpunkt der Aufnahmen, sowie mit Hilfe der Abbildungsorte B und C des Objektpunktes A können in üblicher Weise die räumlichen Koordinaten des Objektpunktes A berechnet werden.

Zum Überprüfen dieser Berechnung kann ein Tertiärbild 7 herangezogen werden. Zur Auswahl eines geeigneten Tertiärbildes 7 wird auf den Bildern der Bildersammlung der zuvor berechnete Ort des Objektpunktes A als Markierung 6 abgebildet. Diese Markierung 6 kann auf den Bildern ein Fadenkreuz sein. Aus der Bildersammlung werden dann diejenigen Bilder ausgewählt, auf denen die Markierung 6 zu erkennen ist. Dann wird auf diesen Bildern ein wirklicher Abbildungsort D des Objektpunktes A auf oder zumindest in der Nähe der Markierung 6 gesucht. Kleine Abweichungen sind möglich und gehen auf tolerierbare Fehler zurück. Mit der Markierung 6 kann schnell und zuverlässig aus der Bildersammlung ein Bild als Tertiärbild 7 ausgewählt werden, auf dem eine Abbildung des Objektpunktes A auf oder in der Nähe der Markierung 6 zu erkennen ist.

Wenn der Abbildungsort D auf oder nahe bei der Markierung 6 liegt, wird dadurch belegt, daß die Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes A richtig erfolgt ist.

Die Genauigkeit der Überprüfung und der Berechnung selbst kann noch gesteigert werden, wenn als Tertiärbild 7 aus der Bildersammlung nur solche Bilder ausgewählt werden, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum sowohl mit der Bildebene des Primärbildes 2 als auch mit der Bildebene des Sekundärbildes 3 jeweils Winkel gebildet haben, die 45° bis 135°, insbesondere ungefähr 90°, betragen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Auswählen eines Bildes (3, 7), auf dem ein Objektpunkt (A) abgebildet ist, aus einer Bildersammlung für die photogrammetrische Berechnung der räumlichen Koordinaten des Objektpunktes (A), wobei ein Primärbild (2) bekannt ist, auf dem ein Abbildungsort (B) des Objektpunktes (A) zu erkennen ist und wobei für jedes Bild der Bildersammlung, sowie für das Primärbild (2) die Position, die die Bildebene zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum eingenommen hat, bekannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Bildern der Bildersammlung eine gedachte Verbindungslinie (5) (Sichtstrahl) zwischen dem Objektpunkt (A) einerseits und dem Abbildungsort (B) des Objektpunktes (A) auf dem Primärbild (2) andererseits als Ortslinie (4) (Epipolarlinie) des Objektpunktes (A) abgebildet wird, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Ortslinie (4) zu erkennen ist, daß auf diesen Bildern ein Abbildungsort (C) des Objektpunktes (A) auf oder in der Nähe der Ortslinie (4) gesucht wird und daß ein Bild, auf dem der Abbildungsort (C) gefunden worden ist, als Sekundärbild (3) ausgewählt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Objektpunkt (A) ein Teil einer Objektlinie (a) ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungsort (C) auf den aus der Bildersammlung ausgewählten Bildern ein Schnittpunkt der Ortslinie (4) mit einer Abbildung (c*) der Objektlinie (a) gesucht wird.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Ortslinie (4) über einen großen Abschnitt, der mindestens der Länge einer Seite des Bildes entspricht, zu erkennen ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bildersammlung solche Bilder ausgewählt werden, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum mit der Bildebene des Primärbildes (2) einen Winkel von ca. 45° bis 135° gebildet haben.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Bildern der Bildersammlung der zuvor berechnete Ort des Objektpunktes (A) als Markierung (6) abgebildet wird, daß aus der Bildersammlung Bilder ausgewählt werden, auf denen die Markierung (6) zu erkennen ist, daß auf diesen Bildern ein Abbildungsort (D) des Objektpunktes (A) auf oder in der Nähe der Markierung (6) gesucht wird und daß ein Bild, auf dem der Abbildungsort (D) gefunden worden ist, als Tertiärbild (7) zur Überprüfung und zur genauen Bestimmung der Koordinaten des Objektpunktes (A) benutzt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bildersammlung solche Bilder ausgewählt werden, deren Bildebenen zum Zeitpunkt der Aufnahme im Raum sowohl mit der Bildebene des Primärbildes (2) als auch mit der Bildebene des Sekundärbildes (3) Winkel von 45° bis 135° gebildet haben.






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