描述了一种用于三维空间中标记(20、21、22、23、24、25)的方向和位置检测的装置，其具有至少一个带有多个标记(20、21、22、23、24、25)的标记单元(10、11)，构造成记录标记单元(10、11)的图像(92)的光学图像捕获单元(90)，以及具有构造成明确确定标记单元(10、11)的方向和位置的评估单元(91)，其中标记单元(10、11)具有至少五个用于确定方向和位置的标记(20、21、22、23、24、25)。规定标记单元(10、11)具有至少一个用于编码标记单元(10、11)的通信元件(31)，并且图像捕获单元(90)构造成记录具有标记(20、21、22、23、24、25)和至少一个通信元件(31)的标记单元(10、11)的图像，并且评估单元(91)构造成从标记(20、21、22、23、24、25)在记录的图像中确定标记单元(10、11)的方向和位置，并从至少一个通信元件(31)确定标记单元(10、11)的身份。还描述了一种用于设置装置(1)的评估单元(91)的计算机程序产品。(91)的计算机程序产品。(91)的计算机程序产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于标记的方向和位置检测的装置以及计算机程序产品
[0001]根据权利要求1的序言描述了一种用于三维空间中标记的方向和位置检测的装置，其具有
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至少一个标记单元，特别是可固定到物体上，具有几个标记的标记单元，
[0003]‑
适于捕获标记单元()的图像的光学图像捕获单元，以及
[0004]‑
具有适于明确确定标记单元的方向和位置的评估单元，
[0005]其中标记单元具有至少五个用于确定方向和位置的标记。
[0006]所提出的标记单元具有至少五个标记(在光学活性标记的意义上)用于确定方向和位置，其中优选至少四个标记位于公共平面内，并且优选至少一个标记位于该平面外。然而，所有五个光学标记位于一个公共平面的设计是可以想象的。
技术介绍
[0007]从公布文件US 2010/014750 A1、US 2012/262487 A1、EP 1 813 911 A1、US2005/0201613A1、EP 1 498 688 B1、WO 2004/114 112A1、US 2008/0111985 A1、WO2006/069 748A1、US 5 227 985 A、US 7 742 895 B2和DE 10 2014 012 693 B4中已知系统和方法，可以通过捕获固定在物体上的标记单元来确定物体在空间中的方向和位置。为此目的，在标记单元上以固定的几何布置提供光学有源的(即自发光的)或光学无源的(即反光的)标记。许多不同的评估安排是可能的。大多数建议的布置提供了至少四个标记，其中至少三个标记横跨一个平面，并且至少一个标记位于该平面之外。布置在一个平面中的至少三个标记可以位于横跨该平面的至少两条不平行的直线上。标记的这种布置使得能够从标记单元的单个捕获的二维图像可靠地确定标记单元在空间中的方向和位置，该图像通过光学图像获取单元(例如相机，特别是数码相机)捕获。
[0008]DE 10 2014 012 693 B4描述了一种可靠运行但复杂的系统和方法。位置和方向的确定是基于标记装置的单个二维图像，该标记装置设置有至少七个标记，并附着在物体上。该系统还包括图像捕获单元，用于捕获物体或布置在物体上的标记布置的二维图像，以及评估单元，用于基于捕获的图像明确地确定物体的方向和位置。标记装置的七个标记相互之间具有固定的空间关系，这些标记中的六个形成一个平面，而第七个标记设置在该平面之外或与该平面有一段距离。这六个标记被分成数组，位于两条不同的直线上，这两条直线以90
°
角相交。第一直线包括至少四个标记，第二直线包括至少两个其他标记。在平面的俯视图中，第七平面外标记也位于该第一直线上，在第二直线的背离第一直线的至少两个标记的一侧。这对于图像标记(即图像中描绘的标记)的明确分配是重要的，因此对于标记在空间中的位置和方向的重建也是重要的。在评估期间，为可能的分配计算几个单应性。在每种情况下，从这些单应性中重建方向确定。基于此，对于每次方向确定，为所有图像标记计算平均再投影误差(与标记布置上标记的已知实际布置相比)。具有最低误差的单应性是正确的单应性，并用于唯一的方向确定。
[0009]这种评估在实践中导致良好的结果，但是在图像评估和系统的计算能力方面非常
广泛，特别是由于需要计算一个以上的单应性，并且每次通过应用列文伯格
‑
马夸尔特法解算器(Levenberg
‑
Marquardt
‑
)来估计位置。此外，计算共面标记和非共面标记的再现误差，并且匹配最小值用于方向评估。这种复杂的计算，尤其是对大量标记的考虑，在快速移动物体的实时跟踪中导致问题，因为实际中使用的系统的计算能力是不够的，尤其是如果在系统中不仅监视一个标记布置，而且监视多个标记布置，甚至可能在一个图像中。
[0010]理论上，每个标记布置可以通过不同的标记与图像中捕获的其他标记布置区分开。然而，如果这些标记(例如，以贴纸的形式)在图像中不能被准确地光学识别，则当跟踪移动物体时，对图像中的标记布置的环境的评估通常会导致模糊。原则上，也可以设想以几何上不同的方式在标记阵列上布置标记。然而，这导致了许多标记已经很复杂的评估。
技术实现思路
[0011]在工业环境中，有时希望能够非常快速地确定标记单元的方向和位置，以便能够使用实时应用，特别是在生产线中。为此，相机图像的评估以及方向和位置的确定必须足够快，以允许在生产过程中直接使用，例如用于运动控制。还希望限制这种标记系统的能量需求，其中一些是电池供电的，有利于长时间工作。
[0012]因此，本专利技术的目的是为上述类型的方向和检测系统中的标记单元的方向和位置检测提供一种简化的可能性，这使得能够在一个图像中检测不同的标记单元，由此标记单元本身能够以最节能的方式运行。
[0013]根据本专利技术，这个目的通过具有权利要求1的特征的装置来解决。为此，特别规定，标记单元具有至少一个用于对标记单元进行编码的通信元件，该标记单元不是标记。根据本专利技术，在确定方向和位置时不考虑通信元件。这大大减少了用于方向和位置检测的标记数量。这导致方向和位置检测的加速。
[0014]根据本专利技术，图像捕获单元适于捕获具有标记和至少一个通信元件的标记单元的图像，其中根据本专利技术设置在系统中安装和使用的标记单元，使得从多个(基本上可光学激活的)通信元件装置中选择的(光学激活的)通信元件实际上是光学激活的。根据特别优选的实施例，所选择的通信元件，即光学激活或接通的通信元件装置，在运行期间不能改变。这防止了在评估单元中已知的具有可区分的通信元件的标记单元被改变。
[0015]评估单元还配置成根据捕获图像中的标记来确定标记单元的方向和位置，并且根据至少一个通信元件来确定标记单元的身份。
[0016]在具有几个标记单元的装置中，这些标记单元可以在该装置中同时运行(在具有多于一个标记单元的系统的意义上)(即，除了例如替换标记单元之外)，根据本专利技术特别优选的是，所有标记单元可以通过不同布置的通信元件来区分。为此目的，根据本专利技术，标记单元具有多个(基本上可激活的)通信元件装置，这些通信元件装置布置在标记单元的可区分的位置。然后，根据本专利技术，可以运行或在装置中运行(即，安装在装置中)的标记单元设置成使得它们可以基于各种通信元件(即，光学有源通信元件装置)而被区分。本专利技术的优选实施例提供了布置在标记单元的可区分位置处的七个或八个通信元件装置，在标记单元安装在装置中的情况下，其中一个、两个或三个被激活作为通信元件。然而，所提供的通信元件装置的数量原则上可以变化。
[0017]在根据本专利技术的另一优选实施例中，在标记单元中正好提供五个标记。实践经验
表明，即使在工业环境中，也可以准确快速地确定具有五个标记的标记单元的方向和位置。大量的标记明显降低了算法的检测速度，也导致能量需求增加。
[0018]根据本专利技术的另一优选实施例，通过将所有标记单元的标记布置在具有多于一个标记单元的装置中标记本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于三维空间中标记(20、21、22、23、24、25)的方向和位置检测的装置，具有
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至少一个标记单元(10、11)，其具有多个标记(20、21、22、23、24、25)，
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光学图像捕获单元(90)，其适于捕获标记单元(10、00)的图像(92)，和
‑
具有评估单元(91)，其适于明确地确定标记单元(10、11)的方向和位置，其中标记单元(10、11)具有至少五个用于确定方向和位置的标记(20、21、22、23、24、25)，其特征在于
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标记单元(10、11)具有至少一个用于编码标记单元(10、11)的通信元件(31)，
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图像捕获单元(90)适于捕获具有标记(20、21、22、23、24、25)和至少一个通信元件(31)的标记单元(10、11)的图像，以及
‑
评估单元(91)，其适于根据标记(20、21、22、23、24、25)确定标记单元(10、11)在捕获图像中的方向和位置，并且根据至少一个通信元件(31)确定标记单元(10、11)的身份。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，正好三个标记(21、22、23)布置在第一直线(43)上，并且正好两个标记(21、24)布置在第二直线(44)上，其中第一和第二直线(43、44)在一个标记(21)中相交，使得正好一个公共标记(21)属于第一和第二直线(43、44)。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，连接第一直线(43)上的标记(21、22、23)的第一直线路径(41)和连接第二直线(44)上的标记(21、24)的第二直线路径(42)形成T形，其中第一路径(41)比第二路径(42)短，并且第二路径(42)优选正好在中间与第一路径(41)相交。4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，至少一个区别标记(25)既不直接位于所述第一和第二直线(43、44)之一上，也不布置在由所述第一和第二直线(43、44)跨越的平面(33)之外，使得所述区别标记(25)在所述平面(33)中的垂直投影位于所述直线(43、44)之一上。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个区别标记(25)布置在由第一和第二直线(43、44)跨越的平面(33)上方。6.根据权利要求4或5中任一项所述的装置，其特征在于，所述区别标记(25)和/或所述区别标记(25)在平面(33)中的投影布置在距所述第一直线(43)的中间标记(21)第一距离(27)处和距所述第一直线(43)的第一外部标记(22)第二距离(28)处，其中所述第一距离(27)和所述第二距离(28)均小于所述第一外部标记(22)和所述中间标记(21)之间沿着所述第一直线(43)的距离。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，第一距离(27)和第二距离(28)相等。8.根据权利要求2至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个通信元件(31)布置在所述标记(21、24)之间的第二直线(44)上。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在第二直线(44)的两个标记(21、24)之间设置有一到三个通信元件(31)。10.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述评估单元(91)适于识别所捕获的图像(92)中的所有标记(20、21、22、23、24、25)和/或通信元...
【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：软件二技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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