DE10038731A1

DE10038731A1 - Anordnung eines optischen Bild-Scanners zur Erfassung großer Objekte, bei der die Detektionsobjekte bewegt werden

Info

Publication number: DE10038731A1
Application number: DE2000138731
Authority: DE
Inventors: Karl Nutz; Volker Trapp
Original assignee: TRAPP KERSTIN
Current assignee: MOVE & TRAFFIC CONTROLS GMBH, 10247 BERLIN, DE
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: DE10038731B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine optisch/mechanische Scanner-Anordnung zur Sichtbarmachung des Fahrzeug-Unterbodens. Diese Scanner-Anordnung kann in die vorhandene Fahrbahn oder unter Schienen eingebaut werden, arbeitet bei laufendem Verkehr, wobei Bilder mit einer hohen Bildqualität erzeugt werden. Die Bau- und Wartungskosten sind bei dieser technischen Lösung gering.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Scanner-Anordnung, bei der große Objekte wie z. B. Autos, LKW's, Busse und Züge auf ihrer Unterseite mit hoher Bildqualität optisch erfasst werden können, und dabei die Anordnung der optischen und elektroni schen Erfassungskomponenten so gewählt wird, dass für den Einbau nur gering fügige Baumaßnahmen notwendig sind und gleichzeitig eine einfache Wartung möglich ist.

Für Wartung und Kontrolle, von Fahrzeugen und Zugeinheiten ist die Inspektion der Fahrzeugunterseite, des Fahrzeugbodens notwendig. Eine verbreitete aber veraltete und unpraktische Methode ist die Inspektionsgrube.

Zur optischen manuellen Kontrolle des Fahrzeugbodens werden vielfach Spiegel oder Fernsehkameras verwendet.

Als Stand der Technik haben die bisherigen technischen Lösungen nachfolgend beschriebene Probleme, die mit der vorliegenden Erfindung überwunden werden sollen.

- Inspektionsgruben, bei denen Personen den Unterboden kontrollieren - Diese Lösungen sind bezüglich der Baumaßnahmen relativ teuer, da sie ca. 1.8 m tief sein müssen. Wegen der Personalkosten in Verbindung mit dem geringen Fahrzeugdurchsatz ist der Unterhalt aufwendig. Im laufenden Ver kehr ist diese Lösung absolut unbrauchbar. Es ist über die gesamte Unter bodenbreite nicht möglich, mit einer gleichbleibenden Grubenbreite sowohl LKW's als auch PKW's zu kontrollieren.
- Inspektionsgruben, bei denen 2D-Video-Kameras den Unterboden kontrol lieren - Dieser Lösungsansatz ist z. B. beim EURO-TUNNEL realisiert. Die Grube muss jetzt nicht mehr so tief wie beim vorherigen Lösungsansatz sein, da die Video-Kamera ein Weitwinkel-Objektiv haben kann. Im Prinzip kann eine solche Grube auch so klein sein, dass ein Betrieb bei laufendem Verkehr möglich ist. Die Nachteile dieser Lösung sind die Verschmutzungs anfälligkeit, die relativ geringe Auflösung, die Verzerrungen durch das Weitwinkelobjektiv und die Abschattungsprobleme (eine Kamera); die Ver zerrungen des Weitwinkelobjektives machen es auch nahezu unmöglich, mehrere Teilbilder eines darüber hinwegfahrenden LKW's richtig zusam menzusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch die entsprechende Anordnung der optischen und mechanischen Komponenten ein hochauflösendes Unterboden-Bild eines be liebig langen Fahrzeuges (LKW, Zug), bei laufendem Verkehr, bei beliebigen Be leuchtungsverhältnissen, mit geringsten optischen Verzerrungen, mit geringer Verschmutzungsanfälligkeit zu erhalten, wobei die Gesamtanlage wartungs- und montagefreundlich sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung enthält mindestens zwei hochauflösende Zeilen kameras, welche durch einen Schütz in der Fahrbahn oder unter den Zugschienen deii Fahrzeugunterboden quer zur Fahrtrichtung als Zeilenbilder aufnehmen. Da mit keine verzerrenden Weitwinkelobjektive verwendet werden müssen, wird der Abstand der beiden Kameras zum Fahrzeugunterboden möglichst groß gewählt. Wenn dieser große Abstand durch eine tiefe Grube realisiert würde, entstünden hohe Baukosten und Wartungsprobleme; aus diesem Grund sind bei der vorge schlagenen Lösung die Strahlengänge der beiden Kameras mit einem langge streckten Spiegel (quer zur Fahrbahn und unter dem Fahrbahnschlitz) einmal ge faltet. Man erreicht damit, dass die Grube flach und langgestreckt gebaut werden kann. Die beiden Zeilenkameras sind so justiert, dass sie ihre beiden Zeilenbilder in einem genau definierten Abstand (S) von einigen mm oder cm vom Fahr zeugunterboden aufnehmen. Die Zeilenkameras können nun laufend mit hoher Abtastgeschwindigkeit Zeilenbilder vom Fahrzeugunterboden der sich darüber bewegenden Fahrzeuge aufnehmen. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit zunächst unbekannt und variabel ist, muss nun ein spezielles Verfahren angewendet wer den, damit die Zeilenbilder in der elektronischen Auswerteeinheit richtig zusam mengesetzt werden können. Bei einem stehenden Fahrzeug können die gerade aufgenommenen Zeilenbilder nur einmal in das zusammengesetzte zweidimen sionale Unterbodenbild als kleiner Abschnitt dargestellt werden. Die einzelnen Zeilenbilder können über ein Bild-Software-Programm nur bei bekannter Fahr zeuggeschwindigkeit oder Fahrzeugposition richtig zusammengesetzt werden; diese Informationen werden mit den beiden versetzt abtastenden Zeilenkameras unter Zuhilfenahme eines Korrelations-Verfahrens ermittelt.

Die vorgeschlagene Lösung ist preiswerter als eine Inspektionsgrube, sie hat eine höhere Qualität, das Untersuchungsergebnis wird dokumentiert und ist daher auch zu einem späteren Zeitpunkt überprüfbar. Die vorgeschlagene Lösung funktioniert auch bei laufendem Verkehr, d. h. der vorgeschlagene Scanner kann in eine nor male Straße oder einen Schienenstrang eingebaut werden. Typische Einsatzbe reiche für solche Scanner-Einheiten sind Service, Qualitätskontrolle, Qualitätsdo kumentation, Analyse und Vergleiche bei der Bewertung des Fahrzeugunterbo dens verschiedenster Fahrzeuge.

An einem Beispiel soll die erfinderische Lösung, in Abb. 1 und Abb. 2 dargestellt, erläutert werden:

In Abb. 1 ist die Übersichtsdarstellung des in den Fahrweg eingelassenen oder auf dem Fahrweg flach aufsitzenden Unterbodenscanners dargestellt. Die Scanner- Abdeckungen werden durch die beiden Abdeckplatten (2) und (3) mit einem vom Schlitz wegführenden Gefälle gebildet. Diese Abdeckplatten sind entsprechend der Statik dimensioniert und können durch entsprechende Trägerkonstruktionen unterstützt werden. Die Position (8) zeigt die beiden Abtropfkanten der Abdeck platten. Der Grubenboden (6) und (7) hat ein Gefälle zur Entwässerungs-Rinne (1). Die Sichtebenen der beiden Zeilenkameras, die mit der BLACK-BOX (4) sym bolisch dargestellt wurden, werden mit dem lang gestreckten Umlenkspiegel (5) so abgelenkt, dass sie durch den Schütz herausschauen, der durch die beiden Ab tropfkanten (8) gebildet wird. Dieser Spiegel wird dabei so montiert, dass er sich außerhalb des kritischen Abtropfbereiches befindet. Es ist auch günstig, wenn der Spiegel (5) die Sichtebenen der beiden Zeilenkameras so ablenkt, dass diese dem Fahrzeug hinterher schauen, da ein vom Fahrzeugboden durch den Schlitz her unterfallender Tropfen sich in Fahrtrichtung weiterbewegt und somit nicht auf den Spiegel fallen kann.

In Abb. 2 sind die Einbauverhältnisse etwas genauer dargestellt. Das Fahrzeug (13) fährt über die Abdeckplatte (3). Man sieht auch deutlich die Abtropfkanten (8) der beiden Abdeckplatten. Die Tropfen treffen auf dem Grubenboden (6) in etwa an der Stelle auf, die durch die beiden Pfeile (12) markiert wurde. Der Umlenk spiegel (5) befindet sich außerhalb des Abtropfbereiches. Die beiden Zeilenkame ras (4A) und (4B) sind in der Einbauhöhe so zueinander versetzt, dass die beiden Sichtebenen der Zeilenkameras (bezogen auf eine waagrechte Fläche) um die Strecke S (siehe Pos. (11)) zueinander versetzt sind. Die beiden Zeilenkameras betrachten über den Umlenkspiegel (5) je einen strichförmigen Bereich auf dem Fahrzeugunterboden, die im Abstand S zueinander quer zur Fahrtrichtung liegen. Die Daten der beiden Zeilenkameras werden in einen Rechner (9) zur Erfassung, Verarbeitung und Ausgabe der Bilddaten geleitet. Über einen PC oder Monitor (10) können die Bilddaten abgefragt und/oder weiterverarbeitet werden. Die bei den Zeilenkameras (4A) und (4B) nehmen nun laufend Zeilenbilder mit hoher Ge schwindigkeit auf, die unter Zuhilfenahme eines Korrelations-Verfahrens zu einem richtigen zweidimensionalen Bild zusammengesetzt werden müssen. Dazu nimmt die Zeilenkamera (4A) (welche in Fahrtrichtung weiter vorausschaut) das Zeilen bild A zur Zeit T1 auf. Der Rechner (9) prüft nun dauernd, ob dieses Zeilenbild A mit dem Zeilenbild B identisch ist, welches von der Kamera (4B) zur Zeit (T1-TX) aufgenommen wurde. Wenn diese beiden Bilder identisch sind, errechnet sich die Fahrzeuggeschwindigkeit V = S/TX. Man könnte auch sagen, dass sich das Fahr zeug in der Zeit TX genau um die Strecke S weiterbewegt hat. Mit diesen Daten wird die jeweilige Position des Fahrzeuges bestimmt; fehlende Daten lassen sich durch Interpolation aus bekannten Werten bestimmen. Je nach gewünschter Bild- Auflösung in Fahrtrichtung können nun die gewünschten Zeilenbilder der Kamera (4A) oder (4B) zum jeweils richtigen Zeitpunkt in das zweidimensionale Bild des Fahrzeug-Unterbodens integriert und abgespeichert werden.

Bezugszeichen für Abb. 1 und Abb. 2

1

Ablauf-Rinne am Grubenboden für eingedrungenes Wasser

2

kleine Gruben Abdeckplatte mit Abtropfkante

3

große Gruben Abdeckplatte mit Abtropfkante

4

Darstellung der beiden Zeilenkameras (

4

A,

4

B → Kamera A, B)

5

Umlenkspiegel, der etwas kürzer als die Fahrbahnbreite ist

6

Grubenboden mit Gefälle

7

Grubenboden mit Gefälle

8

Die Abtropfkanten der Abdeckplatten

9

Rechner zur Erfassung, Verarbeitung und Ausgabe der Bilddaten

10

PC oder Monitor zur Abfrage bzw. Weiterverarbeitung der Bilddaten

11

Versatz der Bildebenen zwischen Kamera A und B

12

Auftreffstelle von abtropfendem Schmutzwasser (siehe Abtropfkanten)

13

Darstellung eines über die Grube fahrenden Autos

Claims

1. Eine optische Scanner-Anordnung zur Analyse von Zug- und Fahrzeugun terböden bei laufendem Verkehr, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Abb. 2 zwei Zeilenkameras den Fahrzeugunterboden laufend mit hoher Geschwindigkeit durch einen befahrbaren Schlitz in der Fahrbahn aufneh men, welcher quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist, wobei zur Vermeidung von qualitätsverschlechternden Weitwinkel-Objektiven ein ausreichend gro ßer Abstand zwischen den Zeilenkameras und dem Fahrzeugunterboden gewählt wird, und eine tiefe Grube durch Faltung der Strahlengänge mit ei nem oder mehreren Spiegeln vermieden wird; gleichzeitig sind die beiden Zeilenkameras so justiert, dass ihre parallelen, strichförmigen Betrach tungsbereiche auf dem Fahrzeugunterboden im Abstand S zueinander an geordnet sind, damit über einen zeitlichen und bildlichen Vergleich dieser beiden Zeilenbildsequenzen die Geschwindigkeit und Position des Fahr zeuges ermittelt wird (Korrelationsverfahren); unter Zuhilfenahme dieses Auswerteverfahrens wird die lichtige Zusammensetzung der Zeilenbildse quenzen einer der beiden Kameras zu einem zweidimensionalen Unterbo den-Bild ermöglicht.

2. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeug-Unterboden zusätzlich durch eine in die Fahrbahn ein gelassene Beleuchtungseinrichtung bestrahlt wird, wobei es sich um sicht bares Licht oder um infrarotes Licht handeln kann.

3. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine in die Fahrbahn eingelassene Beleuchtungseinrichtung aus meh reren Lampen besteht, die zur Vermeidung von Flimmereffekten - welche durch die Netzfrequenz hervorgerufen werden - aus unterschiedlichen Phasen eines Drehstromnetzes gespeist werden.

4. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abdeckplatten der Grube ein Gefälle aufweisen, welches von dem Schlitz in der Fahrbahn wegweist.

5. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abdeckplatten genau dort eine Abtropfkante besitzen, wo sie den Schlitz in der Fahrbahn bilden.

6. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle vorhandenen Umlenkspiegel außerhalb des Tropfbereiches der Abtropfkante befinden.

7. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grubenboden ein Gefälle aufweist, welches zu einer Ablauf-Rinne führt.

8. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die vorhandenen Umlenkspiegel bei Beschlags- oder Ver eisungsgefahr beheizt werden.

9. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz in der Fahrbahn durch eine mechanische Vorrichtung ver schlossen werden kann.

10. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras und der/die Umlenkspiegel auf ein gemeinsames Ge stell montiert werden, welches die Einbaugrube nur über Schwingungs dämpfer berührt, um bildverschlechternde Vibrationen zu minimieren.

11. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem letzten Umlenkspiegel in den Strahlengang der beiden Zeilenkameras kurzzeitig eine Referenzfläche eingeführt werden kann, da mit Verschmutzungen auf optisch relevanten Flächen erkannt und damit im Normalbetrieb aus den Zeilenbildern herausgerechnet werden können.

12. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch relevanten Flächen bei Bedarf über eine automatische oder eine manuell ausgelöste Reinigungsvorrichtung gesäubert werden, welche diese Flächen mit einer geeigneten Reinigungsflüssigkeit besprü hen.

13. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch relevanten Flächen mit einer schmutzabstoßenden Be schichtung versehen sind.

14. Eine Scanner-Anordnung gemäß Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Grube Lüfter eingebaut sind, welche bei zu großer Hitze eine Kühlung durch Luftaustausch ermöglichen.

15. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Grubenabdeckung eine Kombination aus vielen, relativ leich ten Elementen zur Übernahme der statischen Belastungen und eine oder mehrere große und dünne Abdeckplatten zur Übernahme der Dichtigkeits- Funktion eingesetzt wird.

16. Eine Scanner-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Konstruktion auf der Straße montiert werden kann, wobei je eine Anfahrt- und je eine Abfahrtrampe vorgesehen werden.