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Damit der Sensor automatisch den optimalen Blickpunkt findet

30.10.2006
Wissenschaftler der Universität Jena arbeiten an automatischer Vermessung beliebiger Objekte

Der Mensch hat normalerweise keine Schwierigkeiten, mit seinen Augen einen Gegenstand zu erkennen und sich im wahrsten Sinne des Wortes ein Bild von ihm zu machen. Für Roboter ist das hingegen ein Problem. Wenn sie einen Gegenstand erfassen, müssen die Sensoren Punkt für Punkt dessen Oberfläche abtasten.

Damit nicht genug, die Daten müssen analysiert und so aufbereitet werden, dass jeder beliebige Punkt auch wieder gefunden werden kann. Dazu gehört auch, einen optimalen Blickwinkel zu finden, der es erlaubt, die Oberfläche des Gegenstandes möglichst komplett und in hoher Qualität zu erfassen. Nur dann lässt sich automatisch erkennen, ob zum Beispiel eine Prothese oder ein Werkstück auch exakt den Vorgaben entspricht oder fehlerhaft ist.

Die automatische Rekonstruktion von 3D-Objekten ist bis heute ein im Allgemeinen ungelöstes Problem, weiß Prof. Dr.-Ing. Joachim Denzler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Der Informatiker arbeitet zusammen mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) Jena an Verfahren, mit denen Sensoren automatisch positioniert werden und Objekte dreidimensional vermessen werden können. Für ein neues Projekt finanziert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) jetzt Prof. Denzler und seinem Kollegen Dr. Gunther Notni vom IOF die Stellen für je zwei wissenschaftliche Mitarbeiter und studentische Hilfskräfte für die Dauer von zwei Jahren.

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Die Entwicklung der berührungslosen Messtechnik basierend auf optischen Sensorprinzipien hat in den vergangenen Jahren nicht zuletzt aufgrund der rasanten Entwicklung der Bildaufnahmetechnik einen hohen Stand erreicht, sagt Denzler, der an der Uni Jena den Lehrstuhl für Digitale Bildverarbeitung innehat. In der industriellen Fertigung, aber auch in der Medizin und verschiedenen Gebieten der angewandten Forschung werden entsprechende Geräte und Systeme erfolgreich eingesetzt.

Dennoch existieren noch etliche Probleme. Eines ist zum Beispiel, dass die Sensoren in der Lage sein sollen, sich selbst in eine optimale Position zu dem zu vermessenden Objekt zu bringen. Denn je mehr Bilder erforderlich sind, umso größer ist die anfallende und zu verarbeitende Datenmenge und desto länger dauert die Vermessung. Eine der dabei zu lösenden Schwierigkeiten ist es, an dem Objekt markante Punkte zu finden und ihre Position so exakt zu bestimmen, dass mit ihrer Hilfe das Sensorsystem seine Lage zum Objekt jederzeit bestimmen kann. Denn nur dann ist auch eine exakte Vermessung des gesamten Objektes möglich.

Ziel des neuen Projekts ist es deshalb, eine allgemeine Methodik zu entwickeln, mit der die Positionen des Sensors automatisch so ausgewählt werden, dass die nachfolgende 3D-Rekonstruktion mit möglichst hoher Genauigkeit und möglichst wenigen Fehlstellen ermöglicht wird. Dabei soll das Verfahren so angelegt sein, dass es sowohl zur Sensorpositionierung bei der Rekonstruktion aus Bildfolgen als auch für Verfahren mittels der Streifenprojektion eingesetzt werden kann.

Trotz aller Fortschritte in der Entwicklung dieser Messmethoden müssen noch eine Reihe von Problemen gelöst werden, um der industriellen Anwendung der Messtechnik näher zu kommen, weiß Denzler. Bei der Streifenprojektionstechnik gehe es dabei insbesondere um die Vollständigkeit der Datenerfassung bei komplexen Objektgeometrien, die Automatisierbarkeit von Messabläufen, Abbildungsfehler der Projektionsoptik, begrenzte Auflösung der Kameras und Fehler beim Vermessen von gekrümmten Szenen. Bei der Sensorerfassung gebe es noch keine befriedigenden Lösungen für die optimale Datenfusion der Informationen aus Einzelbildern beziehungsweise mit einer bereits berechneten partiellen 3D-Rekonstruktion. Gerade dies ist aber wichtig, denn nicht jede Sensorposition ist gleich gut. So kann es durch die Geometrie des Körpers zu Verdeckungen oder Verzerrungen kommen. Deshalb muss das System in der Lage sein, aus den zuvor gewonnenen Daten die nächste günstigste Position zu finden.

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Joachim Denzler
Institut für Informatik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Ernst-Abbe-Platz 2, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 946420
E-Mail: denzler[at]informatik.uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

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