DE69808431T2 - Verfahren und vorrichtung zum graphischen abbilden von strahlungsquellen - Google Patents

Description

• Die Erfindung hat ein Verfahren zum Kartographieren von Strahlungsquellen zum Gegenstand, das die Lokalisierung von Strahlungsquellen in einem dreidimensionalen Umfeld ermöglicht das ursprünglich bekannt oder unbekannt sein kann.
• Die Idee, Strahlungsquellen, wie beispielsweise radioaktive Strahlungslecks, durch Vergleichen einer mit einem Spezialapparat gemachten Aufnahme dieser Strahlungsquellen mit einem visuellen oder Videobild des mit einer herkömmlichen, lichtempfindlichen Kamera aufgenommenen Umfelds festzustellen, wurde bereits angewandt. Die Auswertung dieser Bilder kann empirisch durch den Anwender erfolgen, indem im visuellen Bild die Positionen der radioaktiven Strahlungsquellen ausfindig gemacht werden; gemäß einer rudimentären Ausführung des Verfahrens werden diejenigen im visuellen Bild dargestellten Elemente des Umfelds bestimmt, die den Positionen in der Aufnahme der Strahlungsquellen entsprechen, zu denen eine Strahlungsquelle aufgezeichnet wurde. Die Bestimmung der Position der Strahlungsquellen ist jedoch nicht sehr präzise und setzt seitens des Anwenders Urteilsvermögen und Kenntnisse bezüglich des Umfeldes voraus; so kann er im voraus diejenigen Positionen des Umfeldes kennen, an denen die Entstehung eines Strahlungslecks wahrscheinlich ist, und diese bei ihrem Eintritt ohne weiteres feststellen. Wenngleich eine solche Methode in bestimmten Situationen ausreichend ist, eignet sie sich nicht für eine automatische Aufbereitung und Verarbeitung, insbesondere, wenn Instandsetzungsarbeiten durch einen Roboter ausgeführt werden müssen, der über genaue Angaben zur Position der Strahlungsquelle im dreidimensionalen Raum verfügen muss, um sie zu erreichen.
• Bei einem weiterentwickelten Verfahren, das im französischen Patent Nummer 2 652 909 beschrieben ist, wird eine mit Blenden und Mitteln für die Umwandlung der radioaktiven Strahlung kombinierte Kamera verwendet, die dadurch in der Lage ist, jeweils hintereinander ein visuelles Bild und eine Aufnahme zur radioaktiven Strahlung im Umfeld zu registrieren. Die beiden Aufnahmen werden zu automatischen Bearbeitungsvorrichtungen weitergeleitet, mit denen sie gekoppelt sind, was eine fehlerfreie Bestimmung der Position der im Sichtbereich der Kamera befindlichen Strahlungsquellen ermöglicht. Da diese Arbeit jedoch anhand eines zweidimensionalen Bildes ausgeführt wird, wird das an dieser Stelle angesprochene Problem dadurch nicht gelöst; ein System zur automatischen Auswertung erfordert die Bestimmung des Abstandes zur Strahlungsquelle und die Möglichkeit, festzustellen, ob sie sich genau an der Position eines Details des Umfeldes befindet, mit dem sie sich deckt, oder ob sie sich vor oder hinter der Position dieses Details innerhalb des Sichtfeldes der Kamera befindet.
• Des weiteren sind tomographische Verfahren bekannt, die die Bestimmung der Position radioaktiver Strahlungsquellen in einem dreidimensionalen Umfeld ermöglichen; die Kameras (oder allgemeiner die Mittel zum Aufnehmen zweidimensionaler Bilder) werden um das Objekt herum geführt, und die aus den Bildern abgeleiteten Informationen werden miteinander kombiniert, um die Positionen der Strahlungsquellen daraus abzuleiten. Dies läuft auf die direkte oder indirekte Umkehr eines Gleichungssystems hinaus, womit ausgedrückt wird, dass die an jedem Punkt des Bildes eingegangene Strahlung die Summe der Strahlungen ist, die entlang der bis zu diesem Punkt verlaufenden Projektions- bzw. Sichtlinie der Kamera emittiert werden. Jedoch muss die Position der Kamera bei jeder Bilderfassung bekannt sein, was unter den an dieser Stelle in Betracht gezogenen Situationen nicht immer möglich ist, da die Roboter nicht immer ausreichend präzise sind und andererseits nicht mit Positionskodiervorrichtungen ausgerüstet sind, die anzeigen, an welchem Punkt sie jeweils angelangt sind.
• Abschließend muss der internationale Patentantrag WO 96/20421 angeführt werden, in dem ein doppeltes tomographisches Verfahren und die Übereinanderlegung zweier auf diese Weise ermittelter dreidimensionaler Bilder beschrieben werden, von denen eines die sichtbaren Details des untersuchten Objekts veranschaulicht und das andere eine Ansicht des Objekts mittels Röntgenstrahlen oder anderen Strahlen repräsentiert. Dessenungeachtet werden die beiden Bilder auf dieselbe Weise und separat errechnet (mit Ausnahme der Anwendung von Berechnungen zur Korrektur von Verzerrungen, Aufbauchungen usw., die durch jedes der Bildaufnahmemittel erzeugt werden); sie werden in ein Gleichheitsverhältnis gebracht und erhalten damit dieselbe Wichtung.
• Dieses Patent vermittelt somit nicht die Idee zur Nutzung eines visuellen Abbilds des Umfelds als Hilfsmittel zur Bestimmung der Positionen der punktuellen Strahlungsquellen innerhalb dieses Umfelds, ohne dass man dazu gezwungen ist, auf die Bedingungen zur Erfassung tomographischer Bilder zurückzugreifen.
• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht vielmehr darin, die umfassende und präzise Lokalisierung der radioaktiven oder anderen Strahlungsquellen in einem dreidimensionalen Umfeld zu ermöglichen.
• Die grundlegende Idee der Erfindung besteht in der Nutzung eines dreidimensionalen Modells des Umfelds, das im voraus durch visuelle Bildaufnahmen erstellt wird, in die die in anderen Bildern erfassten Strahlungsquellen platziert werden, welche in Korrelation zu den visuellen Bildern gebracht werden.
• Das Modell dient somit nicht nur dazu, eine graphische Darstellung der Positionen der Strahlungsquellen innerhalb des Umfelds zu erhalten, sondern insbesondere dazu, zur Bestimmung dieser Positionen beizutragen.
• In ihrer allgemeinsten Form hat die Erfindung somit im Einklang mit Anspruch 1 ein Verfahren zum dreidimensionalen Kartographieren der Quellen einer Strahlung innerhalb eines Umfelds zum Gegenstand.
• Eine Vorrichtung, die die Umsetzung dieses Verfahrens ermöglicht, umfasst ein Mittel zur Aufnahme von Bildern der Strahlung, ein Paar von Mitteln zur Aufnahme visueller Bilder eines Umfelds der Strahlungsquellen, wobei die Mittel zur Aufnahme der visuellen Bilder entsprechend den Richtungen ausgerichtet sind, die sie jeweils vollständig oder teilweise in ihrem Sichtfeld gemeinsam haben, und so montiert sind, dass die Mittel zur Aufnahme der visuellen Bilder auf einstellbare Weise auf einer gemeinsamen Halterung montiert sind, sowie Mittel zur Photogrammetrie, die dazu geeignet sind, anhand der visuellen Bilder ein dreidimensionales visuelles Modell des Umfelds zu erstellen und ein dreidimensionales Modell der Strahlungsquellen anhand der Strahlungsbilder über das visuelle Modell zu legen.
• Die konkreten Ausführungen der Erfindung, die zur Veranschaulichung angegeben werden und im Hinblick auf die Erfassung von Gammastrahlungsquellen umgesetzt werden, sollen nunmehr anhand der folgenden Abbildungen kommentiert werden:
• - Abb. 1 ist eine allgemeine Ansicht der mechanischen Mittel der Vorrichtung.
• - Die Abb. 2 und 3 stellen zwei Einzelheiten zur Vorrichtung dar.
• - Abb. 4 dient zur Veranschaulichung des kartographischen Verfahrens.
• - Abb. 5 dient zur Veranschaulichung der Erstellung der Bilder.
• - Abb. 6 stellt eine Testbildvorrichtung zu Eichzwecken dar.
• - Abb. 7 veranschaulicht die geometrische Bestimmung bestimmter Eichparameter der Vorrichtung.
• - Die Abb. 8 und 9 sind zwei Organigramme zur Veranschaulichung der Verfahren zum Eichen und Warten der Vorrichtung.
• - Abb. 10 ist eine schematische Darstellung der für die Vorrichtung genutzten, insbesondere informatischen Mittel.
• Im folgenden wird Bezug auf die Abbildungen genommen. Die erste Abbildung veranschaulicht den allgemeinen Aufbau der Vorrichtung: Eine Halterung 1 umfasst ein Mittelgehäuse 2, von dem zwei Seitenarme 3 in entgegengesetzte Richtung abgehen, und einen Oberaufbau 4. Das Mittelgehäuse 2 umfasst eine nach vorn offene Zelle zur Aufnahme einer Gamma-Kamera 6. An den Enden der Seitenarme 3 sind Bildkameras 7 montiert. Abschließend ist ein Projektor 8 an der Spitze des Oberaufbaus 4 montiert.
• Die Bildkameras 7 sind mit Drehplatten 9 verschraubt, die jeweils in einem unteren Zapfen 10 auslaufen (siehe Abb. 2), der in den Teller 11 eines Ringes 12 eingreift, welcher mit dem Ende des dazugehörigen Armes 3 verschweißt ist. Der Ring 12 nimmt eine seitliche Klemmschraube 13 auf, deren Ende in den Teller 11 hineinreicht und den unteren Zapfen 10 fixiert, so dass dieser in der gewünschten Ausrichtungsposition gehalten wird. Abschließend greift eine Befestigungsschraube 14 koaxial zum unteren Zapfen 10 in ein Innengewinde 15 der Platte 9. Diese Schraube 14 durchquert den Seitenarm 3 und den Ring 12 und fixiert die gesamte Einheit. Diese Vorrichtung ermöglicht die beliebige Ausrichtung der Bildkameras 7 in ein und derselben Azimutebene, um ihnen den gewünschten Konvergenzwinkel zu geben, wie nachfolgend beschrieben.
• Das Mittelgehäuse 2 umfasst im wesentlichen zwei einander gegenüberliegende Seitenwandungen 16, die mit einer Vertiefung 17 zur Aufnahme eines Zapfens 18 zum Halten der Gamma- Kamera 6 versehen sind (siehe Abb. 1 und 3). Schrauben 19 durchqueren die Seitenwandungen 16 und die Zapfen 18 und greifen in die Gamma-Kamera 6 ein, um sie in der gewünschten Position zu fixieren; es ist möglich, sie um eine durch die Zapfen 18 vorgegebene horizontale Achse zu drehen, wenn die Schrauben 19 gelockert werden, und dadurch ihre Ausrichtung wie gewünscht einzustellen. Die Halterung 1 ist auf einem Sockel 20 montiert, der drehbar ausgeführt sein kann und an einer nicht abgebildeten Halterung, einem Roboterarm oder einer anderen anwendungsabhängigen Vorrichtung befestigt sein kann.
• Das Verfahren zur Lokalisierung radioaktiver Strahlungsquellen lässt sich mit Hilfe von Abb. 4 relativ einfach beschreiben: die Vorrichtung, die in eine für das zu erfassende Umfeld geeignete Abstandsposition gebracht wird, nimmt mittels der Bildkameras 7 und der Gamma-Kamera 6 eine erste Bildserie zum Umfeld auf, ohne sich zu bewegen. Die beiden visuellen Bilder 25 und 26 des Umfelds, die man auf diese Weise erhält, stellen im wesentlichen dasselbe Aufnahmeobjekt aus unterschiedlichen Blickwinkeln der Bildkameras 7 dar. Ein automatischer Vergleich der visuellen Bilder 25 und 26 mit dem Ziel, homologe Punkte der Bilder, die einem markanten Punkt der Bilder entsprechen, zu bestimmen und in Beziehung zueinander zu setzen, ermöglicht die Ableitung der Positionen der Punkte des Umfelds in Bezug auf die Vorrichtung, einschließlich des Abstands. Auf diese Weise kann das Umfeld und die Position der Vorrichtung im erfassten Umfeld in drei Dimensionen modelliert werden. Die Suche nach homologen Punkten in den beiden visuellen Bildern 25 und 26 erfolgt mit Hilfe eines der speziellen Software-Programme, die inzwischen im Handel erhältlich sind. Es gibt sogar Software, die in der Lage ist, anhand einer Formerfassung nebst einer Bildkorrelation auf direkte Weise komplette Details eines Bildes zu unterscheiden und diese in einem analogen Bild wieder aufzufinden.
• Wenn ein Paar der homologen Punkte in den Bildern 25 und 26 ermittelt wird, werden daraus zwei Linien abgeleitet, die zu den Bildkameras 6 verlaufen und über die der reale Punkt im Umfeld auf die visuellen Bilder 25 und 26 projiziert wird. Da der Abstand und der Konvergenzwinkel der Bildkameras 6 bekannt sind, kann über eine elementare trigonometrische Berechnung der Punkt des Zusammentreffens der Projektionslinien ermittelt werden, also die Position des Punktes im Umfeld.
• Ein Bild 27 zu radioaktiven Strahlungsquellen wird mit Hilfe der Gamma-Kamera 6 aufgenommen. Dessenungeachtet erfordert die umfassende Bestimmung der Position der Strahlungsquellen die Aufnahme eines weiteren Bildes der Strahlungsquellen 28, das nach einer Verschiebung der Vorrichtung aufgenommen wird, die indes dasselbe Umfeld erneut erfasst, gefolgt von einem Vergleich dieser beider Bilder der Strahlungsquellen 27 und 28 zur Bewertung des Abstands zwischen den Strahlungsquellen und der Gamma-Kamera 6.
• An dieser Stelle soll eine detailliertere Beschreibung des Verfahrens folgen.
• Die Arbeiten zur Bestimmung der Position der Punkte des visuellen und radioaktiven Umfelds anhand der Bilder 25 bis 28 erfolgen mit Hilfe von Photogrammetrie-Software in Verbindung mit trigonometrische Berechnungen, wobei jedoch eine vorherige Eichung erfolgen muss, um die externen und internen Parameter der Kameras 6 und 7 zu bestimmen, d. h. einerseits ihre relativen Positionen und Ausrichtungen und andererseits ihre Eigenschaften im Hinblick auf die Reproduktion des Umfelds in den mittels dieser Kameras erstellten Bildern.
• Zunächst müssen die internen Parameter bekannt sein. Die Gamma-Kamera 6 und die Bildkameras 7 können mittels einer Bildebene 30, in der die Bilder 25, 26, 27 oder 28 aufgenommen werden, und eines vor dieser Bildebene 30 liegenden optischen Zentrums P, das alle Strahlen 32, die die Bildebene 30 belichten, durchlaufen, dargestellt werden (siehe Abb. 5). Gebildet wird das optische Zentrum bei den Bildkameras durch die Blende und bei der Gamma-Kamera durch einen Kollimator 33, der vor einer Lochblendenkammer 34 liegt, an deren Ende sich die Bildebene 30 befindet.
• Ein mit einer Kamera anvisiertes Objekt 35 erscheint in deren Bildebene in Form eines Objektabbilds 36, das Verzerrungen unterliegen kann, aber wenn das Objekt 35 ein Testobjekt bekannter Form ist und die Position der Kamera 6 oder 7 und insbesondere der Bildebene 30 und des optischen Zentrums P unter Bezugnahme auf das Objekt 35 errechnet wird, ist es möglich, ein Entsprechungsverhältnis zwischen allen Punkten 37 des Objekts 35 und den Punkten 38, durch die sie in der Bildebene 30 dargestellt werden, zu bestimmen, indem der Strahl 32 bestimmt wird, der sie miteinander verbindet und das optische Zentrum P durchläuft, dieser Strahl 32 kann anhand der Koordinaten des optischen Zentrums P und des Punktes 37 exakt bestimmt werden. Die Eichung besteht konkret darin, eine Entsprechungstabelle zu jedem Punkt 38 des mittels der Kamera 6 oder 7 aufgenommenen Bildes und der Erfassungsrichtung (Strahl 32) zu diesem Punkt, die durch das optische Zentrum P verläuft, zu erstellen. Diese Tabelle wird durch Bewegungen zum Einstellen der Kamera nicht verändert und dient zur Bestimmung des Richtungsverlaufs bei Punkten unbekannter Objekte in den im weiteren Varlauf aufgenommenen Bildern. Bei dem Gegenstand 35 mit bekannter Form kann es sich um das in Abb. 6 dargestellte Testobjekt handeln, das aus einem Geflecht von einander kreuzenden und in einem bestimmten Abstand zueinander angebrachten Stäben gebildet wird, welche mit exakt bestimmbaren Punkten 39 versehen sind, die es ermöglichen, die markanten Punkte des Bildes mit Hilfe einer Photogrammetrie-Software problemlos wiederzufinden und zu den entsprechenden Punkten des Testobjekts in Beziehung zu setzen.
• Wie aus Abb. 4 ersichtlich wird, lässt sich demzufolge nachvollziehen, dass ein beliebiger Punkt 40 eines Objekts 41 in einem zunächst unbekannten Umfeld, der mit zwei Bildkameras 7 erfasst wird, in den visuellen Bildern 25 und 26 in Form der beiden Punkte 42 und 43 erscheint, wobei es anhand der Positionen in diesen beiden Bildern möglich ist, die Richtungen entlang der Strahlen 44 und 45 ausgehend von den optischen Zentren der beiden Bildkameras 7 (an dieser Stelle mit P1 und P2 gekennzeichnet) abzuleiten. Anschließend wird der Schnittpunkt der beiden Strahlen 44 und 45 errechnet, wodurch man die Position des Punktes 40 in Bezug auf die Bildkameras 7 erhält. Die verallgemeinerte Anwendung dieses Verfahrens auf alle Paare homologer Punkte in den visuellen Bildern 25 und 26 ermöglicht die Bestimmung der Form und Position des Objekts 41 innerhalb des dreidimensionalen Raums.
• Wenn man einen Punkt 100 als Ursprung definiert, erscheint auch dieser in Bild 27 der Strahlungsquellen der Gamma-Kamera 6 in Form eines Punktes 106. Die Position der Kameras 6 und 7 in Bezug auf das Objekt ermöglicht ihrerseits die Bestimmung der Richtung des Punktes 100, der sich auf einem Strahl 107 befindet. Jedoch ist es nicht möglich, mit Bestimmtheit zu bestätigen, dass es beim Ursprung des Punktes 106 tatsächlich um den Punkt 100 handelt, der sich auf einem Strahl 107 befindet. Deshalb muss ein zweites Bild 28 zu den Strahlungsquellen aufgenommen werden, damit man einen zweiten Strahl 108 erhält, der von der neuen Position des optischen Zentrums (P3) der Gamma-Kamera 6 zu Punkt 100 führt, der anschließend durch Berechnung des Schnittpunktes der Strahlen 107 und 108 als Ursprung bestimmt werden kann. Des weiteren muss der Abstand 109 zwischen den beiden aufeinander folgenden Positionen des optischen Zentrums P3 der Gamma-Kamera 6 bekannt sein, d. h. die Basis für die trigonometrische Berechnung zu den Strahlen 107 und 108, um die Position des Punktes 100, also ihres Schnittpunktes, und den Drehwinkel der Vorrichtung zwischen den beiden Bildaufnahmen zu bestimmen. Diese beiden Informationen lassen sich anhand einer direkten Messung der Verschiebungen der Vorrichtung bestimmen, wenn diese an einem Roboterarm angebracht ist, dessen Gelenke mit Bewegungskodierern versehen sind;
• andernfalls kann man mit einer erneuten Bestimmung des Umfelds und des Objekts 101 auf der Grundlage der neuen visuellen Bilder 49 und 50 beginnen, die mittels der Bildkameras 7 in der zweiten Position der Vorrichtung aufgenommen wurden, um diese unter Bezugnahme auf die Position des Objekts 41 berechnen zu können.
• Das Verfahren umfasst des weiteren eine Zusammenfassung der beiden Modelle des Objekts 1011, die ferner anhand einer Software zur Ermittlung und Identifikation markanter homologer Punkte dieser Modelle vorgenommen werden kann, um ihre Unterschiede hinsichtlich der Position und Ausrichtung in Bezug auf die Bildkameras 7 zwischen den beiden Bildaufnahmephasen zu bewerten. Nach Vornahme dieser Bewertung ist es möglich, die Positionen der beiden Projektionslinien 107 und 108 der Strahlungsquelle in einem der Modelle und somit die Position ihres Schnittpunktes 100 in diesem Modell zu berechnen.
• Eine weitere Ausführung des Verfahrens besteht in der Verwertung eines Abschnittes des Gamma-Bildes 28, der dem Umfeld 41 entspricht; die anhand der gebräuchlichen Gamma- Kameras erzielten Gamma-Bilder 28 sind zudem empfindlich in Bezug auf sichtbares Licht, was eine Überlagerung eines Abbilds des Umfelds 41 mit einem Abbild der Strahlungsquellen bewirkt. Dieses Abbild des Umfelds ist häufig zu schwach und zu unscharf, um ein geeignetes Modell des Umfelds 41 zu erstellen (wenngleich Ausnahmen in Betracht gezogen werden können, so dass die Erfindung in diesem Fall sogar mit nur einer einzigen Kamera realisiert werden könnte, da sämtliche visuellen Bilder mit den Gamma-Bilder überlagert werden können), aber sie können in Korrelation zu dem Modell gebracht werden, das unter Verwendung der bereits erwähnten Software bereits mit Hilfe der Bildkameras 7 erstellt wurde, um wiederum die Positionen der Projektionslinien 107 und 108 der Strahlungsquelle im Modell zu errechnen.
• Das Verfahren kann auf allgemeine Weise mit einer einzigen visuellen Kamera 7 umgesetzt werden, sofern man die Positionen für die Bildaufnahme messen kann, die als Grundlage für trigonometrische Berechnungen zur Erstellung des Modells des visuellen Umfelds dienen, oder anderweitige Informationen, zu denen nachfolgend einige Beispiele angegeben werden. Dessenungeachtet wird die Umsetzung der Erfindung mit der detailliert beschriebenen Vorrichtung bevorzugt, die insgesamt drei Kameras umfasst, da das Modell des Umfelds auf diese Weise bedeutend schneller erstellt werden kann, ohne dass die Vorrichtung zwischen zwei Bildaufnahmeschritten verschoben werden muss, wobei für die trigonometrischen Berechnungen effizientere Software genutzt wird.
• Die Vorrichtung ermöglicht es, in "Echtzeit" zu arbeiten, beispielsweise, wenn sie an den Arm eines Roboters montiert ist, der Arbeiten an den Strahlungsquellen ausführen muss; die Position der Strahlungsquellen wird errechnet, während sich der Arm nach vorn bewegt, und die beiden Momente, in denen die Bilderfassung erfolgt, entsprechen zwei Phasen des Vorsetzens des Armes. Zudem hat man auf diese Weise die Gewissheit, dass die beiden visuellen Bilder 25, die einen bestimmten Abstand zu einer gemeinsamen Basis aufweisen, einander gleichen und dass die Suche nach homologen Punkten fast in jedem Fall erfolgreich ist.
• An dieser Stelle sollen die Regeln für die Bestimmung der externen Parameter der Vorrichtung festgehalten werden; diese Bestimmung erfolgt vor dem Einsatz der Vorrichtung gemäß Abb. 4 und unmittelbar im Anschluss an die weiter oben eingehender erläuterte Bestimmung der internen Parameter; sie bildet somit einen zweiten Teil der Eichung der Vorrichtung.
• Die Modellierung des Objekts 40, die anhand der visuellen Bilder 25 und 26 vorgenommen wird, erforderte des weiteren den Rückgriff auf eine trigonometrische Berechnung und somit die Kenntnis einer Dreiecksbasis, die dem Abstand 51 zwischen den Bildkameras 7 entspricht. Eine Ausführungsvariante besteht in der Nutzung mehrerer Positionen der Vorrichtung in Verbindung mit einer bekannten Längenangabe, die aus einem Plan oder einem Eichmaß hervorgeht, die in die Szene eingebracht werden, auf der einen Seite, und einer Software zur Berechnung der Ausrichtung der Strahlen auf der anderen Seite. Des weiteren war es notwendig, die Position des optischen Zentrums P3 der Gamma-Kamera 6 zu kennen, um die Position des Strahls 47 bestimmen zu können. Diese externen Parameter der Vorrichtung können anhand einer Koordinatengruppe zu sechs Punkten ausgedrückt werden, wie in Abb. 7 dargestellt: die drei optischen Zentren P1, P2 und P3 der Kameras 6 und 7 sowie drei Punkte, die nach den jeweiligen optischen Zentren ausgerichtet sind, aus den Mittelachsen der Sichtlinien der Kameras 6 und 7; diese letztgenannten Punkte werden mit P4, P5 und P6 beziffert und können in beliebigen gleich großen oder unterschiedlichen Abständen zu den Punkten P1 bis P3 angeordnet sein, denen sie jeweils zugeordnet sind. Des weiteren bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der relativen Positionen und Ausrichtungen der Mittelachsen der Sichtlinien, die einander überschneiden können, jedoch nicht müssen, wenngleich bei der tatsächlich vorgeschlagenen Ausführung davon ausgegangen wird, dass die Sichtachsen der Bildkameras 7 einander überschneiden; auf diese Weise ist es möglich, die Positionen der Kameras 6 und 7 an den Seitenarmen 3 und am Gestell 1 ohne besondere Einschränkungen einzustellen. Die externen Parameter der Kameras können somit in Form der folgenden Tabelle zusammengefasst werden:
• wobei x, y und z die kartesischen Koordinaten des betreffenden Punktes P angeben. Das Ableseraster für die Koordinaten kann nach Belieben gewählt werden, beispielsweise mit dem Ursprung bei P1, wobei die x-Achse durch P2 und die in der Ebene der Achsen x und y liegende Mittelachse der Sichtlinie P1P4 hindurch verläuft. Unter diesen Bedingungen lässt sich folgendes festhalten: x(P 1) = y(P 1) = z(P 1) = y(P2) = z(P2) = z(P4) = 0. Diese sieben Beschränkungen geben die sieben Freiheitsgrade der Vorrichtung vor, d. h. 3 Rotationen, 3 Verschiebungen und eine Abstandsbasis. All diese Koordinaten können anhand der vorgenommenen trigonometrischen Eichschritte berechnet werden, indem die Vorrichtung um das Testobjekt in Abb. 6 herumgeführt und in unterschiedliche Positionen gebracht wird, um eine Reihe von Ansichten aufzunehmen; daraufhin kennt man die Abstände zwischen den optischen Zentren P1, P2 und P3 der Kameras 6 und 7 zum Testobjekt, und sobald ein markanter Punkt des Testobjekts in den Bildern der Kameras 6 und 7 ermittelt ist, werden auf der Grundlage der zuvor aufgestellten Entsprechungstabelle die Ausrichtungen der Strahlen ermittelt, die ihn mit den optischen Zentren P1, P2 und P3 verbinden, abschließend gefolgt von den relativen Positionen der optischen Zentren P1, P2 und P3 und geeigneten Positionen für die Punkte P4, P5 und P6. Die Berechnungen zur Position der Punkte P1 bis P6 werden zu mehreren markanten Punkten des Testobjekts ausgeführt, so dass man über eine größere Datenmenge verfügt, zu der abschließend der Durchschnittswert ermittelt wird.
• Die Abb. 8 und 9 sind Organigramme, in denen die einzelnen Schritte zum Eichen der Vorrichtung festgehalten sind, um diese anschließend zur Erstellung einer Kartographie zu nutzen. Abb. 10 enthält abschließend eine vollständige Übersicht über das System zur Nutzung der Vorrichtung; hier sieht man ein erstes Modul zur Bilderfassung 52, das mit einer Gamma-Kamera 6 verbunden ist und deren Bilder speichert; ein zweites Modul zur Bilderfassung 53, das mit den Bildkameras 7 verbunden ist und deren Bilder speichert; ein Modul zur Suche homologer Punkte 54, das mit dem zweiten Modul zur Bilderfassung 53 verbunden ist und homologe Punkte ermittelt, die ein und demselben Punkt des anvisierten Objekts entsprechen und in den Bildern der beiden Bildkameras 7 enthalten sind; ein Photogrammetrie-Modul 55, das im wesentlichen die Ausrichtung der Punkte des anvisierten Objekts in Abhängigkeit von den Positionen der Abbilder dieser Punkte in den Aufnahmen feststellt; ein Modul zur Modellierung 56, das die Positionen der Punkte des Objekts im Verhältnis zur Vorrichtung errechnet; ein Anzeigemodul 57 und ein Steuermodul 58 zur Steuerung der Bewegung der vier vorstehend genannten Module, ihrer Relationen und der Auslösung der Bildaufnahme. All diese Module können in der Praxis an ein und demselben Rechner zusammengefasst und insbesondere in Form einer Software umgesetzt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum dreidimensionalen Kartographieren von Strahlungsquellen (100) in einem Umfeld (41), das eine erste visuelle Bildaufnahme (25) des Umfelds und eine erste Bildaufnahme der Strahlungsquellen (27), eine zweite visuelle Bildaufnahme (26) des Umfelds und eine zweite Bildaufnahme der Strahlungsquellen (28) umfaßt, wobei die visuellen Bilder aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden, gefolgt von der Erstellung eines dreidimensionalen visuellen Modells des Umfelds, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder der Strahlungsquellen ebenfalls aus verschiedenen Winkeln aufgenommen werden und daß das Modell mittels Suche und Bestimmung homologer Elemente der visuellen Bilder und anschließender Berechnung der Position der homologen Elemente der visuellen Bilder erstellt wird; sowie dadurch, daß das Verfahren ferner eine Lokalisierung von Projektionslinien der Strahlungsquellen im Modell des Umfelds umfaßt, wobei diese Lokalisierung anhand der Beziehungen zwischen den Positionen und Ausrichtungen der Mittel vorgenommen wird, mittels derer die visuellen Bilder und die Bilder der Strahlungsquellen aufgenommen werden, und wobei die Projektionslinien beim Vorschub des Mittels zum Aufnehmen der Bilder der Strahlungsquellen, die durch die Bilder der Strahlungsquellen hindurch verlaufen, entsprechend den jeweiligen und bekannten Erfassungslinien ausgerichtet werden; in Ergänzung zur Berechnung der Position der Überschneidungspunkte der Projektionslinien im Modell des Umfelds, wobei diese Überschneidungspunkte den Positionen der Strahlungsquellen entsprechen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Messung der Entfernungs- und Ausrichtungsverschiebung eines Mittels zur Bildaufnahme der Strahlungsquellen zwischen dem ersten und dem zweiten Bild der Strahlungsquellen umfaßt.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Messung des Abstands der Entfernungs- und Ausrichtungspositionen von Mitteln zur Aufnahme visueller Bilder zwischen einer Aufnahmeposition des ersten visuellen Bildes und einer Aufnahmeposition des zweiten visuellen Bildes umfaßt.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder der Strahlungsquellen jeweils mit visuellen Bildern des Umfelds übereinander gelegt werden können, die mittels ein und desselben Bildaufnahmemittels aufgenommen wurden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionslinien, die von den Strahlungsquellen zum zweiten Bild der Strahlungsquellen verlaufen, im besagten visuellen Bild, mit dem das besagte zweite Bild der Strahlungsquellen übereinander gelegt werden kann, und anschließend, nachdem die homologen Elemente des Modells und des besagten visuellen Bildes bestimmt wurden, im dreidimensionalen Modell lokalisiert werden.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es die Erstellung einer zweiten dreidimensionalen Kartographie des Umfelds anhand eines Vergleichs eines dritten und eines vierten visuellen Bildes des Umfelds umfaßt, wobei die Projektionslinien, die von den Strahlungsquellen zum zweiten Bild der Strahlungsquellen verlaufen, im besagten zweiten Modell und anschließend im ersten Modell lokalisiert werden, nachdem die homologen Elemente der Modelle bestimmt wurden.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen vorbereitenden Eichschritt umfaßt, der insbesondere die Korrektur einer eventuellen Verzerrung der Bilder einschließt, anhand der Erstellung einer Tabelle der Entsprechungen zwischen den Punkten (38) der Bilder und den Erfassungsausrichtungen (32) eines bekannten Objekts (35) mit einer vorgegebenen Position der Mittel zur Bildaufnahme (6, 7).

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen vorbereitenden Eichschritt umfaßt, der in einer Bewertung der Position optischer Zentren (P1, P2, P3) von Mitteln zur Bildaufnahme in bezug auf ein bekanntes Objekt (35) und in einer Bewertung der Ausrichtung (P1P4, P2P5, P3P6) mittiger Erfassungsachsen der Vorrichtungen zur Bildaufnahme (6, 7) besteht.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Vorrichtung zum Kartographieren von Strahlungsquellen (40) ausgeführt wird, die folgendes umfaßt: ein Mittel (6) zur Aufnahme von Bildern der Strahlung (27, 28), ein Paar von Mitteln (7) zur Aufnahme visueller Bilder (25, 26) eines Umfelds (41) der Strahlungsquellen, wobei die Mittel zur Aufnahme der visuellen Bilder entsprechend den Richtungen ausgerichtet sind, die sie jeweils vollständig oder teilweise in ihrem Sichtfeld gemeinsam haben, und so montiert sind, daß die Mittel zur Aufnahme der visuellen Bilder auf einstellbare Weise auf einer gemeinsamen Halterung (1) montiert sind, sowie Mittel zur Photogrammetrie (55), die dazu geeignet sind, anhand der visuellen Bilder ein dreidimensionales visuelles Modell des Umfelds zu erstellen und ein dreidimensionales Modell der Strahlungsquellen anhand der Strahlungsbilder über das visuelle Modell zu legen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es die Nutzung der Mittel (10, 11, 18) zum Einstellen der Position der Mittel (6, 8) zur Bildaufnahme auf einer gemeinsamen Halterung umfaßt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel Drehzapfen (10) der Mittel zur Aufnahme visueller Bilder (7) umfassen, um einen Konvergenzwinkel der besagen Vorrichtungen zur Aufnahme visueller Bilder einzustellen.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es die Nutzung eines Eichvisiers (35) umfaßt.