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Mobile Stereo-Plattform zur automatisierten Innenraumvermessung

Betreuung:F. Rottensteiner, M. Wiggenhagen, D. Muhle, H. Neuner, S. Horst
Studierende:D. Müller, K. Schmunck, C. Köpcke, N. Thorenz
Laufzeit:2011-2012

Bild Mobile Stereo-Plattform zur automatisierten Innenraumvermessung

Abbildung: Stereomesssystem mit Cricket-Empfänger in der Mitte

Projektbeschreibung

Im Rahmen dieses Projektseminars wurde eine mobile Stereo-Plattform zur automatisierten Innenraumvermessung entwickelt. Dieses sollte nach dem Vorbild von mobilen Aufnahmesystemen erfolgen, wie sie bereits zur Erfassung des Straßenraums eingesetzt werden. Solche Systeme bestehen aus Sensoren zur Datenerfassung (zum Beispiel Laserscanner oder Stereokamerapaare) und zur Positionierung (GPS/IMU). Sie liefern eine 3D-Punktwolke, welche die Grundlage für die Erfassung von Objekten im Straßentraum darstellt. Aus dieser können dann zum Beispiel Fassadenmodelle extrahiert werden. Dieses Prinzip wurde nun im Zuge dieses Projektseminars auf die Vermessung von Innenräumen übertragen.

Dafür wurde analog zu den mobilen Aufnahmesystemen für die Vermessung des Straßenraums eine Plattform mit dem Indoor-Positionierungssystems „Cricket“ und einem Stereomesssystems zur Erfassung der 3D-Punktwolke ausgestattet. Aus dieser 3D-Punktwolke können dann Modelle von Innenräumen abgeleitet werden.

Das Indoor-Positionierungssystem „Cricket“ besteht aus Sendern und einem Empfänger. Die Sender funken ein elektronisches Signal und senden Ultraschallimpulse. Aus Laufzeitdifferenzen zwischen Ultraschallwellen und elektromagnetischen Wellen werden Strecken zwischen Sendern und Empfänger abgeleitet. Daraus können Positionen des Empfängers in Innenräumen berechnet werden. Im Rahmen des Projektseminares wurden mehrere Einflussgrößen auf die Qualität der Streckenmessung untersucht. Den größten Einfluss hat die Temperatur. Daher ist diese für Betrachtung der Genauigkeit des Systems zu berücksichtigen. Außerdem ist auch die Anordnung von Sendern und Empfänger entscheidend. Aus diesen Erkenntnissen wurde eine Netzkonfiguration abgeleitet um den Empfänger möglichst gut Positionieren zu können. Durch Anbringen von Korrekturen und Einbeziehen der Senderkonfiguration konnte eine Positionsgenauigkeit von rund 3 cm erreicht werden.

Als bildgebende Sensoren wurde ein Stereokamerapaar eingesetzt. Neben der Kalibrierung der einzelnen Kameras wurde auch das Gesamtsystem mit dem Positionsempfänger und der relativen Anordnung der Kameras kalibriert. Dazu wurde ein Passpunktfeld genutzt.

Bei der Aufnahme wird das System durch den zu vermessenden Innenraum bewegt und es werden überlappende Stereo-Aufnahmen gemacht. Die Bilder aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen können durch automatische Bildzuordnungsverfahren miteinander verknüpft werden. Den absoluten Raumbezug (die absolute Orientierung des Blocks) liefern die gleichzeitig aufgenommenen Positionen des Cricket-Empfängers. Das Ergebnis der Auswertung ist eine 3D-Punktwolke im durch das Cricket-System realisierten Koordinatensystem.

Abbildung: Orientierte 3D-Punktwolke (blau) mit Empfängerpositionen (rot)

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