FI74556C - Foerfarande foer tredimensionell oevervakning av ett maolutrymme. - Google Patents

Description

74556

MENETELMÄ KOHDETILAN KOLMIULOTTEISEKSI VALVOMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä kohdetilan kolmiulotteisek-5 si valvomiseksi, jota tilaa havainnoimaan on järjestetty ainakin kaksi kuvauslaitetta, kuten videokameraa, joiden näkökenttään kohdetila sisältyy ja että kuvauslaitteet on sovitettu välin päähän toisistaan ja kiinteään kulmaan toisiinsa nähden, joiden kuvauslaitteiden vastaanottamat kuvat 10 tilasta digitoidaan, kohdepisteet paikannetaan kuvauslait teiden kuvatasoissa ja näiden kohdepisteiden kuvakoordi-naattien ja ennaltamäärättyjen vakioiden avulla lasketaan kohdepisteiden koordinaatit kolmiulotteisessa kohdetilassa.

15 Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valvoa kohdetilaa erilaisissa olosuhteissa ja mahdollisesti ohjata siellä tehtäviä toimenpiteitä kolmiulotteisesti. Olotilaa kuvaavina kolmiulotteisina muuttujina valvotaan kohdetilaa ja sen sisältämien osien geometristä muotoa ja näiden keskinäistä 20 sijaintia ja asemaa kohdetilassa sekä kohteen eri osien fysikaalisia ominaisuuksia kuvaavia suureita.

Ennestään tunnetaan erilaisia menetelmiä kohdetilan koimi-ulotteiseksi valvomiseksi kuvauslaitteiden avulla mm. brit-: : 25 tiläisestä hakemusjulkaisusta GB 2 099 255 A ja saksalaisesta hakemusjulkaisusta DE-A 2 402 204. Brittiläisessä julkaisussa liikkuvan kohteen sijainti kohdetilassa määritetään vähintään kahden kameran avulla. Kunkin kameran kuvatasolta tunnistetaan kohteen sijainti ja näiden kohteen . . 30 kuvakoordinaattien avulla lasketaan kohteen sijainti kohde- tilassa. Laskentamenetelmän lähtökohtana on linssin kuvaus-yhtälö. Kummankin kameran optiikan polttovälit tunnetaan. Ennen kuvausta on määritelty kohdekoordinaatisto, joihin nähden kameroiden optiikan pääakselin kulmat on määritetty 35 ja kameroiden etäisyydet kohdekoordinaatiston origosta.

2 74556

Saksalaisessa julkaisussa kohteen sijainti kohdekoordinaa-tis toss a määritetään kolmen kameran avulla, jotka on sijoitettu samaan tasoon 90* kulmaan toisiinsa nähden. Kameroiden etäisyydet kohdekoordinaatiston origosta tunnetaan.

5 Kohteen sijainti kunkin kameran kuvatasolla ilmaistaan ja kohteen poikkeama eli kulma kunkin kameran pääakseliin (kohdekoordinaatiston akseleihin) nähden määritetään. Kohteen koordinaatit lasketaan määrättyjen geometristen yhtälöiden avulla, joihin em. kulmat ja vakiot sijoitetaan.

10

Suurin epäkohta edellä mainituissa julkaisuissa julkituoduissa menetelmissä ja -laitteissa on niiden jäykkyys; ne sijoitetaan tiettyä tilaa valvomaan eikä niitä tämän jälkeen voi siirtää. Erityisesti kun käytetään useampia kame-15 roita todelliseen kolmiulotteiseen mittaamiseen, on kamerat sijoitettu määrättyihin kulmiin (45*, 90*) toisiinsa nähden.Tällöin vältytään raskaalta laskennalta koordinaatti-muutoksissa. Brittiläisessä julkaisussa esitetty menetelmä ja järjestelmä kohdistuu tietyn kohteen sijainnin havain-20 nointiin; se ei kohdistu muutosten havaitsemiseen kohdeti-lassa. Kun erityisesti kamerat ovat toisiinsa nähden suorasta kulmasta poikkeavassa asennossa, kohteen paikantamisen virhemahdollisuudet kasvavat voimakkaasti; kameroiden pääakselin kulmat kohdekoordinaatiston akseleihin nähden 25 tulisi määrittää erittäin tarkasti kuten myös kameroiden etäisyydet kohdekoordinaatiston origosta. Kameroiden asennuksen ja suuntauksen tarkkuus rajoittaa koko järjestelmän tarkkuuden varsin vaatimattomaksi, mikäli tätä ei tehdä erittäin huolellisesti. Lisävirhettä aiheuttavat kameraop-30 tiikan puutteet. Laadukas optiikka ja tarkat asennukset merkitsevät suuria kustannuksia.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla mm. edellä mainitut ongelmat voidaan useissa tapauksissa ratkaista. Keksinnölle 35 on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisissa patentti vaatimuksissa.

74556

Keksinnön mukainen mittausmenetelmä on tosiaikainen ja palaute saadaan havaintohetkellä. Menetelmän avulla voidaan havaita kolmiulotteisen geometrisen informaation lisäksi kohdetilan ominaistiedon selvittämiseen tarpeellisia fysi-5 kaalisia suureita. Mitattava kohde saa olla suuri eikä mittauspisteiden lukumäärää tarvitse rajoittaa. Menetelmä ei edellytä mittauspisteiden aktivoimista eikä näkyvöittämis-tä. Mittausalueena on koko vapaasti näkyvä alue. Menetelmää toteuttava mittausjärjestelmä voidaan tarvittaessa siirtää, 10 virittää helposti uudestaan ja se on hyvin pitkälle automatisoitavissa.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on lisäksi eräitä välillisesti hyödyllisiä ominaisuuksia. Ensinnäkin, kuvamittaus-15 menetelmän käyttö tulee keksinnön myötä mahdolliseksi useissa sellaisissa tosiaikaisuutta vaativissa mittaustehtävissä, jotka nykyisin ovat lähes mahdottomia. Esimerkkinä mainittakoon asennus- ja kokoonpanotehtävät, vedenalaiset tarkastus- ja korjaustehtävät, vihivaunujen etäisnavigointi 20 ja lämpötilojen seurantaan perustuvat tilanvalvontatehtä-vät. Toiseksi, useimmissa mittaustehtävissä automaatioas-teen nostaminen merkitsee tehokkuuden lisääntymistä. Itse työtehtävien läpimenoaika pienenee ja kalliin menetelmä-asiantuntemuksen tarve rajoittuu pääasiassa mittausjärjes-25 telmän ja -tilan virittämistä edeltäviin toimenpiteisiin. Kolmanneksi, valmistus- ja kokoonpanotehtävät voidaan mittausjärjestelmän myötä integroida käyttäjän muuhun tietojenkäsittelyyn, suunnitelutoimeen ja materiaalihallintoon. On myös huomattava, että käyttäjän CAD-järjestelmän käyttö-30 aste nousee, kun sen avulla voidaan sekä ohjata mittausjärjestelmää että myös verrata mittaustuloksia välittömästi suunnitelmien mukaisiin ohjearvoihin.

Seurasvassa keksintöä ja sen taustaa selvitetään yksityis-35 kohtaisesti oheisten piirustusten avulla, joissa 4 74556

Kuvio 1 esittää geometristä mallia, johon keksinnön mukainen menetelmä perustuu ja esittää havainnollisesti Kuvio 2 kohdepisteen paikantamista vähintään kahden taso-kuvauksen perusteella; 5 Kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista menetelmää soveltavaa mittausjärjestelmää lohkokaaviona;

Kuvio 4 esittää kuvien prosessointiyksikköä lohkokaaviona. Kuvio 3 esittää havainnollisesti tukipisteiden käyttöä suuntakertoimien määritykseen.

10

Keksinnön mukainen menetelmä kohdetilan kolmiulotteiseksi valvomiseksi perustuu projektiivisten, kaksiulotteisten tasokuvausten käyttöön. Kun jokin yksityiskohta havaitaan ja paikallistetaan vähintään kahdella kuvalla, sen sijainti 15 voidaan määrittää kohdetilassa kolmiulotteisina koordinaatteina. Tarkastellaan kuviota 1. Siinä kohdepiste P kuvautuu kuvatasolle pisteenä P1. Kohdepisteen P ja kuvapisteen P' välinen yhteys määräytyy projektiivisen kuvautumisen kautta ns. taaksepäin leikkauksena.

20

Yleinen kuvautumisyhtälö taaksepäin leikkauksessa voidaan esittää muodossa: (x-XQ) _ aii(X-Xp) + a2l(Y-Yp) + a3i(Z-Zp) 25 (z-zp) β13(Χ-χρ) + a23(Y-Yo) + a33(Z-Zp) (1) < (y-yp ) _ a12(X-Xo) + a22(Y-Yo) + a32(Z-Zp) „ (z-zp) ai3(X-Xp) + a23(Y-Yo) + a33(Z-Zo), 30 jossa x, y, z = kuvapisteen kuvakoordinaatit, X0, yo, zo = kameran projektiokeskuksen kuvakoodinaatit, X, Y, Z = kohdepisteen kohdekoordinaatit, X0, Yo, Zo = kameran projektiokeskuksen 35 kohdekoordinaatit, li 74556 ®11···833 = kamera- ja kohdekoordinaatistojen välisen koordinaatistomuunnoksen ortogonaalisen kiertomatriisin alkiot eli suuntakertoimet.

5 Kun merkitään z-zo = c eli itseisarvoltaan kameran projek-tiokeskuksen ja kuvatason etäisyys toisistaan ("polttoväli") ja sijoitetaan lauseke yhtälöihin (1) saadaan: x = x + c . aH(X~X0) + ®2l(Y-Y0) + a3i (Z-Zp) 10 0 a13(X — X 0) + ®23(Υ-Υθ) + 833(Z-Zo) (2) < I y = y + c . a12(X~X0) + a22(Y-Yp ) + a32(Z-Zo) ^ 0 ai3(X-Xo) + a23(Y-Yo) + a33(Z-Zo) 13 Suuntakertoimet an·..833 sisältävät tuntemattomat ^ ( Cf ja Lq , jotka ovat kohde- ja kamerakoordinaatistojen väliset suuntakulmat. Tällöin kunkin kuvan tuntemattomien ratkaisussa tulee kysymykseen vähintään seuraavi en tuntemattomien määrittäminen: 20 f ^ (5) J *0» yo» zo = c (^Xo, Yo, Zo 25 Tuntemattomia on yhteensä 9 kappaletta. Koska kustakin en-naltamäärätystä tukipisteestä saadaan kaksi havaintoyhtälöä (2), tarvitaan yhden kuvan tuntemat tornien ratkaisemiseen vähintään viisi tukipistettä, joilla tunnetaan X, Y ja Z. On myös huomattava, että tukipisteiden tulee olla toisis-30 taan sillä tavoin riippumattomia, etteivät ne ole samalla tasolla, jotta ratkaisu olisi yksiselitteinen.

Kuvaussäteet eivät koskaan ole täysin suoria, vaan ne taipuvat väliaineessa (ilmakehä, linssi, vesi tms.). Nämä vir-35 heet voidaan ottaa huomioon laajentamalla matemaattista 74556 mallia ns. lisäparametrein. Mikäli lisäparametrejä voidaan käsitellä systemaattisina virhelähteinä, ne voidaan ratkaista kuvakohtaisesti. Yleisimmin käytetyt mallit lisäparametreille korjaavat linssien piirtovirheet ja kuvakoordi-5 naatiston virheet.

Laajennetun mallin käyttö on harkittava aina tapauskohtaisesti. Käytäntö on osoittanut, että silloin, kun lisäparametrin vaikutus on vähintään 1/5 kuvakoordinaatin mittaus-10 tarkkuudesta, lisäparametriä on syytä käyttää. Lisäparamet rien käyttö edellyttää myös tukipisteiden kohdekoordinaa-teilta vastaavaa mittaustarkkuutta. Jokainen lisäparametri edellyttää osaltaan uusia tukipisteitä ja havaintoyhtälöitä (2).

15

Projektiivinen kuvaus käänteisenä, kuvio 2, siis kuvalta kohteeseen, ei ole kohdepisteen P suhteen yksiselitteinen. Kohdepisteen paikantamiseen käytetään vähintään kahta taso-kuvausta. Paikantaminen suoritetaaan projektiivisista ku-20 vauksista rekonstruoitujen kuvaussuorien O^Pi (i=l, 2, 3,...j avulla ns. eteenpäinleikkauksena.

Eteenpäinleikkauksessa käytetään kuvautumisyhtälöiden (1) käänteisiä muotoja. Koska kohdepisteiden määrittämisellä 25 tulee voida määrittää kulloinkin kolme koordinaattiarvoa, on kohdepiste havaittava aina vähintään kahdella kuvalla i ja j ·

Yleinen kuvautumisyhtälö voidaan esittää muodossa: 30 X-Xo aii(x-xp) + ai2(y-yp) + ai3(z-zp) Z-Zo a3i(x-xo) + a32(y-yo) + a33(z_zo) U) ' Y-Yo 82l(x-xo) + 022(y-yo) + a23(z-z0) 35 Z-Z° a3l(x-x0) + a32(y-y0) + a33(z_zo)>

II

7 74556 jossa x ja y ovat uuden pisteen havaitut kamerakoodinaatit kuvilla i ja j, ja X, Y, Z ovat uuden pisteen laskettavat kohdekoordinaatit.

5

Muut suureet eli suuntakertoimet an·..333 on ratkaistu kuvakohtaisesti taaksepäin leikkauksen yhteydessä.

Sijoittamalla havainnot ja ratkaistut tuntemattomat yhtälö löihin (4) saadaan: f X-Xoi = (z-z0i) · lii I Y-YOi = (Z-Z0i) Ii2 (5) X — X0j = (Z-Zoj) · Iji 15 l Y-YOj = (Z-Zoj) · Ij2

Yhtälöissä on merkitty yhtälöiden (4) oikea puoli kuvittain vakioilla: In, Ii2* Xj1 ja Ij2* Tämän jälkeen kohdekoordinaatit X, Y , Z voidaan ratkaista yhtälöistä (5) vaiheittain 20 esimerkiksi seuraavasti: a) X = X0i + (Z-Z0i) · In = Xoj + (Z-Zoj) ’ Ij 1 b) Xoi + Z · In ~ Z0i * lii = xoj + Z * I jl - Z0j ' I jl 7 = Xoj - Xoi - Zoj ’ Iji + Z0i * In 25 lii - Iji > jolloin on ratkaistu Z, ja jatketaan esimerkiksi d) X = (Z-Zoi) In - x0i Ja 30 e) Y = (Z-Zoi) Ij2 - YOi, jolloin on ratkaistu myös X ja Y.

Mikäli käytetään lisäparametreillä laajennettua mallia, tehdään ennen kohdekoordinaattien X, Y ja Z ratkaisemista 35 kuvahavaintoihin xi, yi; xj ja yj vastaavat korjaukset kuin taaksepäinleikkauksen yhteydessä.

8 74556

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kuvauslaitteet, kuten videokamerat, asetetaan kulmaan toisiinsa nähden tarkkailemaan haluttua kohdetilaa, tähän kohdetilaan järjestetään tukipisteitä, joiden kohdekoordinaatit X|<, Y|<, Z^; k = 1, 5 2, 3,... mitataan ja kuvauskohtaiset kuvakoordinaatit x^,

Yki> xkj> Ykj määritetään vastaavilta kuvauslaitteilta i, j, jonka jälkeen tukipisteet ovat poistettavissa kohdeti-lasta; tukipisteiden kuva- ja kohdekoordinaattiarvojen avulla lasketaan projektiivisen taaksepäin leikkauksen 10 suuntakertoimet an·..833, jonka jälkeen havaittujen kohde-pisteiden tuntemattomat kohdekoordinaatit X, Y, Z on tosiaikaisesti ratkaistavissa kuvauslaitteilta havaittavien ku-vakoordinaattien x^, y^; x j , yj avulla käyttäen hyväksi projektiivista eteenpäin leikkausta.

15

On huomattava, ettei keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitse määrittää kuvauslaitteita tai niiden sijaintia ennen kuvauksen suorittamista, ei kohde- ja kamerakoordinaatiston välisiä suuntakulmia eikä kameroiden polttoväliä. Lisäksi 20 käytetyt tukipisteet poistetaan kohdetilasta yleensä heti, kun niiden sijainti on määritetty ja/tai kun suuntakertoimet on laskettu, jolloin ne eivät häiritse kohdetilan valvontaa millään tavalla. Kun kuvauslaitteiden suuntakertoimet on määritetty, jokainen riittävästi muuttunut tai muu-25 ten taustasta riittävästi erottuva kohde, joka on kuvaus laitteiden yhteisessä näkökentässä eli kohdetilassa, voidaan paikantaa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kerran määritettyjä suun-30 takertoimia θΐΐ···β33 käytetään jatkuvasti kohdepisteiden tuntemattomia kohdekoordinaatteja X, Y, Z ratkaistaessa kuvauslaitteilta havaittavien kuvakoordinaaattien x, y avulla niin kauan kuin kuvauslaitteet ovat kiinteässä kulmassa toistensa suhteen ja tarkkailevat kohdetilaa. Näin menetel-35 Ien kohdepisteiden koordinaattien määrittäminen nopeutuu

II

9 74556 huomattavasti; suuntakertoimien laskeminen vie eniten aikaa määritysproseduurissa.

Eräs edullinen keksinnön mukaisen menetelmän toteutusesi-5 merkki on sellainen, jossa kuvauslaitteet kytketään välin päähän kiinteästi toisiinsa ja kiinteään kulmaan toisiinsa nähden, jolloin niiden yhteinen näkökenttä eli kohdetila on määrätty ja tätä tilaa voidaan tarkkailla jatkuvasti. Tämä merkitsee sitä, että kuvauslaitteet yhdessä kohdetilansa 10 kanssa muodostavat suljetun järjestelmän. Se ei ole riippuvainen ulkoisista tekijöistä. Näin ollen mittausjärjestelmä voidaan rakentaa liikutettavalle alustalle (auto, junavaunu, laiva yms.) ja se voi valvoa ympäristöään tämän liikutettavan alustan ulkopuolella kuvauslaitteiden yhteisen nä-15 kökentän puitteissa. Suuntakertoimet voidaan määrittää etukäteen halutuissa olosuhteissa, jonka jälkeen mittausjärjestelmää voidaan käyttää kentällä.

Yleiset kuvautumisyhtälöt (1) taaksepäinleikkauksessa ja 20 (4) eteenpäinleikkauksessa voidaan esittää yleisesti muun- nosmatri isinä: X X 0 an ai2 ®13 x (6) Y = Y0 + 821 a22 a23 · Υ 25 Z ij Z0 ij a31 a32 a33 ij c ij jossa

Xi.Yi.Zi = kohdekoordinaatit eli kohdepisteiden koor-

Xj,Yj,Zj dinaatit kohdetilan XYZ-koordinaatistossa; 30 ^oi> ^oi» ^oi = vakiot, jotka edustavat kunkin kuvauslait-X0j» Y0j, zoj teen i, j projektiopistettä 0^, 0j; 811···β33 = kuvien projektiiviset suuntakertoimet; ci, Cj = kuvauslaitevakiot;

Xi, yi = kuvapisteiden koordinaatit kunkin kuvaus- 35 xj, yj laitteen i, j kuvatasolla; i, j = kuvauslaitteet i ja j.

10 74556

Muunnosmatriisin avulla voidaan ratkaista kaikki tarvittavat suureet niin kuin edellä yhtälöiden (1) ja (4) yhteydessä on esitetty.

5 Kuvio 3 esittää mittausjärjestelmää, jossa sovelletaan kek-sinnönmukaista menetelmää. Havainnoitava kohdetila 1 sijaitsee kolmiulotteisessa XYZ-koordinaatistossa. Kohde muodostuu havaittavista pisteistä P(X, Y, Z). Mittaus tehdään kuvaamalla kohdetilaa välin päässä toisistaan olevilla ku-10 vaus1 ai11ei 1la 2 ja 3 kuten videokameroilla. Kuvauslaitteet on kytketty tietojenkäsittelyjärjestelmään 4. Tietojenkäsittelyjärjestelmä 4 koostuu esimerkiksi kuvausosasta 5, kuvien prosessointiosasta 6, logiikkaosasta 7 ja toimenpideosasta 8. Kuvausosan 3 avulla valvotaan kuvauksen suorit-15 tamista, mahdollista mittauspisteiden näkyvöittämistä ja huolehditaan kuvien siirrosta eteenpäin. Se sisältää esim. tarvittavat ajastimet ja A/D-muuntimet. Kuvien prosessoin-tiosassa 6 tulkitaan kuvat: etsitään kummaltakin kuvalta yhteiset pisteet ja lasketaan kuvakoordinaatit P'(x, y) se-20 kä mahdollisesti tulkitaan kohdepisteen ominaistietoa, lasketaan kohdepisteen P(X, Y,Z) kohdekoordinaatit, tallennetaan välituloksia, suoritetaan ehkä ajallista seurantaa tulosten välillä. Lopullinen tulos syötetään logiikkaosalle 7, jossa tehdään päätöksiä toimenpiteistä. Logiikkaosan 23 päätöksentekoon voidaan kytkeä mukaan myös muita kuin kuvauksen avulla hankittuja t i 1 a t i et o j a^T oi menpi deosa 8 huolehtii tarvittavista kohdetilaan kohdistuvista toimenpiteistä 11, kuvaustilaan kohdistuvista toimenpiteistä 12 sekä muista toimenpiteistä 14, joihin sisältyy esimerkiksi 30 kohdetilan toimintojen opastaminen.

Kuviossa 4 on esitetty eräs ratkaisu kuvien prosessointiyksiköksi 6. Yksikön tuloliitännän A, B kautta tuodaan digitoitu videosignaali kummaltakin kuvauslaitteelta 2, 3 en- 35 simmäiseen kuvamuistiin 15a, 15b. Ensimmäinen ja toinen kuvamuisti 15a, 15b ja 16a, 16b on yhdistetty muuttuneiden

It 11 745 5 6 kuva-alueiden tunnistimeen 17a, 17b, johon myös kynnysarvo asetetaan. Tunnistin 17a, 17b on liitetty muutoskohdan ku-vakoordinaattien x, y määrittelypiiriin 18a, 18b. Toisen kuvamuistin täydennyspiirin 19a, 19b kautta voidaan tarvit-5 taessa uudistaa toisen kuvamuistin 16a, 16b sisältö kuvaus-lai11eelta 2, 3.

Digitoitu kuvasignaali luetaan ensimmäiseen kuvamuistiin 15a, 15b ja tästä edelleen muuttuneiden kuva-alueiden tun-10 nistimeen 17a, 17b, johon myös toisesta kuvamuistista 16a, 16b jo aikaisemmin lähetetty kuvainformaatio tai sitä vastaava tieto luetaan. Kun tietty kuva-alue tunnistetaan muuttuneeksi tunnistimessa 17a, 17b, tarkistetaan, ylittääkö muuttunut kuvainformaatio, kuten kuva-alueen intensi-15 teetti, asetetun kynnysarvon, ja mikäli ylittää, muutoskohdan koordinaatit x, y lasketaan määrittelypiirillä 18a, 18b.

Kun kummankin kuvauslaitteen 2, 3 kuvatasolla muutoskohta “ . 20 x, y on määritetty, nämä kuvakoordinaatit syötetään lasken tayksikköön 20 tai vastaavaan tietojenkäsittely-yksikköön. Yhtälö (4) ratkaistaan kohdekoordinaattien suhteen, jonka jälkeen kohdepisteen lasketut koordinaatit X, Y, Z syötetään lähtöliitännän C kautta logiikkaosaan 8.

25

Ennen varsinaista mittausta on laskettava suuntakertoimet, kuten edellä on todettu. Tämä tapahtuu tukipisteiden määrityksen avulla, jota toimenpidettä on kuviossa 4 havainnollistettu lohkolla 21. Suuntakertoimet lasketaan laskentayk-30 sikössä 20 esim. yhtälön (1) tai (2) tai matriisin (6) avulla.

Tukipisteiden mittausta on havainnollistettu kuviossa 5. Kuvauslaitteita ja niiden kuvaussuuntia on esitetty 35 nuolilla 22, 23 . Kohdekoordin aatistossa XYZ on 12 74556 valvottava kohde 24, joka ympäristöineen sisältyy kummankin kuvauslaitteen näkökenttään eli kohdetilaan. Tukipisteet 25 on merkitty tässä tapauksessa selvästi taustasta erottuvina kohdetilan eri puolille edullisimmin siten, että valvottava 5 kohde sisältyy tukipisteiden rajoittamaan tilaan. Tukipisteitä 25 on kuvioon 5 merkitty yhdeksän kappaletta. Pisteiden kuvakoordinaatit xj<, y^ mitataan kuvilta käyttäen laitteiston omaa mittausjärjestelmää. Tukipisteiden kohdekoor-dinaatit Χ^,Υ^,Ζ^; k=l, 2,...9 mitataan esim. geodeettises-10 ti elektronisella takymetrillä ja koodinaattien arvot syötetään esim. näppäimistön avulla laskentayksikölle 20. Tämän jälkeen laskentayksikön avulla muunnosmatriisia (6) käyttäen lasketaan suuntakertoimet 811---833. Tukipisteiden kohdekoordinaatit voidaan syöttää myös suoraan laskentayk-15 sikölle laitteistoon kytkettävältä takymetriitä.

Kun suuntakertoimet on laskettu tukipisteiden avulla, koh-detila on määritelty ja tukipisteet eli niiden merkinnät tai jäljet niistä voidaan poistaa. Tämän jälkeen ne eivät 20 mitenkään rajoita kohteen mittaamista tai liikkumista koh-detilassa. On selvää, että edellä esitetty tukipisteiden mittaus voidaan suorittaa tyhjässä kohdetilassa eli ilman mitään varsinaista mitattavaa kohdetta.

25 Kun laitteisto on "oppinut" nämä tukipisteet, se pystyy määrittämään kaikki muutkin pisteet siinä kohdetilassa, jonka kumpikin kamera näkee. Osoittamalla näitä tuntemattomia pisteitä järjestelmä laskee niille koordinaatit. Mitattavien pisteiden osoittamiseen voidaan käyttää mittamerkke-30 jä, erityisiä valolähteitä tai valopistettä, joka pyyhkii kohdetta ja/tai koko kohdetilan. Kaikissa tapauksissa ei tarvita erityisiä näkyvöittämistapoja, vaan voidaan rakentaa järjestelmiä, jotka automaattiseti hakevat kohteesta mielenkiintoiset pisteet mittausta varten. Liikkuvat koh-35 teet on helppo paikallistaa sellaisinaan.

li 15 74556

Erityisesti on huomattava, että kuvauslaite voi olla toiminnaltaan sellainen, että se kuvaa myös muuta sähkömagneettista säteilyä kuin näkyvää valoa. Säteilyintensiteet-tien avulla kolmiulotteisesti paikallistettuun kohdepistee-5 seen voidaan tulkinnassa liittää myös kohdepisteen paikallinen ominaisuustieto. Menetelmän käyttöä ei rajoita kuvien erotuskyky, vaan se on aina suhteessa vaadittuun mittaustarkkuuteen .

10 Edellä kuvioissa 3 ja 4 keksinnön mukaista menetelmää soveltavan mittausjärjestelmän rakenne saattaa poiketa huomattavasti eri sovelluksissa ja ympäristöissä. Rakenteeseen vaikuttavat myös käyttäjän soveltama muu tietojenkäsittely, laitteistolta vaadittu automaatioaste sekä toimenpiteiden 15 11, 12 ja 14 luonne.

Claims (6)

14 74 5 5 6

1. Menetelmä kohdetilan kolmiulotteiseksi valvomiseksi, jota tilaa havainnoimaan on järjestetty ainakin kaksi ku- 5 vauslaitetta, kuten videokameraa, joiden näkökenttään koh-detila sisältyy, ja että kuvauslaitteet on sovitettu välin päähän toisistaan ja kiinteään kulmaan toisiinsa nähden, joiden kuvauslaitteiden vastaanottamat kuvat tilasta digitoidaan, kohdepisteet paikannetaan kuvauslaitteiden kuvata- 10 soissa ja näiden kohdepisteiden kuvakoordinaattien ja en-naltamäärättyjen vakioiden avulla lasketaan kohdepisteiden koordinaatit kolmiulotteisessa kohdeti1 ass a, tunnet-t u siitä, että tähän kohdetil aan järjestetään tukipisteitä, joiden kohdekoordinaatit (X(<, Yk, Z ^; k = 1, 2, 3,...) 15 mitataan ja ku vauskohtaiset kuvakoordinaatit (x^i, Yki? xkj> y k j) määritetään vastaavilta kuvauslaitteilta, jonka jälkeen tukipisteet ovat poistettavissa kohdetilasta; tukipisteiden kuva- ja kohdekoordinaattiarvojen avulla lasketaan projektiivisen taaksepäin leikkauksen suuntakertoimet 20 (θιι···θ33), jonka jälkeen havaittujen kohdepisteiden tun temattomat kohdekoordinaatit (X, Y, Z) on tosiaikaisesti ratkaistavissa kuvauslaitteilta havaittavien kuvakoordinaattien (x, y) avulla käyttäen hyväksi projektiivista eteenpäinleikkausta. 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kerran määritettyjä suuntakertoimia (8^^...833) käytetään jatkuvasti kohdepisteiden tuntemattomia kohdekoordinaatteja (X, Y, Z) ratkaistaessa kuvauslait- 30 teelta havaittavien kuvakoordinaattien (x, y) avulla niin kauan kuin kuvauslaitteet ovat kiinteässä kulmassa toistensa suhteen ja tarkkailevat haluttua kohdetilaa. 35 II 74556

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n-n e t t u siitä, että kohteen koordinaatit ratkaistaan muunnosmatriisin avulla:

4. Patenttivaatimuksen 1, 2, tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tukipisteet valitaan niin, että ne kattavat kameroiden hallitseman kolmiulotteisen •1 ·' . tilan.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että tukipisteiden määrä on enemmän kuin 5 eli enemmän kuin pienin vaadittu määrä suuntakertoimien laske-miseksi.

5. X0 aj^ al2 a13 x (6) Y = Y0 + a21 a22 a23 · Y 1 ij zo ij a31 a32 a33 ij c ij jossa

10 Yi»Yii2i = kohdekoordinaatit eli kohdepisteiden koor- Xj,Yj,Zj dinaatit kohdetilan XYZ-koordinaatistossa; Xoi, Yoi> zoi = vakiot, jotka edustavat kunkin kuvauslait-X0j > Yoj, Zoj teen i, j projektiopistettä Oi, 0j; all,,,a33 = kuvien projektiiviset suuntakertoimet; 15 c^, Cj = kuvauslaitevakiot; Xi, yi = kuvapisteiden koordinaatit kunkin kuvaus laitteen i, j kuvatasolla; ··. i, j = kuvauslaitteet i ja j.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetel- mä, t u n n e t t u siitä, että mitattavat kohdepisteet ···’ näky vöitetään edullisimmin mittamerkein, valolähteiden tai : sellaisten valopisteiden avulla, jotka on järjestetty pyyh kimään kohdetilaa. 35 16 74556