Titel

Markierung und Verfahren zur Positionsbestimmung sowie zugehöriges Kamerasystem

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Markierung zur Positionsbestimmung und ein zugehöriges Verfahren zur Positionsbestimmung.

Zur Lokalisierung von Fahrzeugen oder Robotern in Tiefgaragen oder Warenhäusern werden häufig passive optische Marker eingesetzt. Diese erlauben es einem zugehörigen Kamerasystem, wenn sie eingemessen sind und die Information bereitgestellt wird, sich zu lokalisieren. Dabei werden jedoch zumeist mehrere sichtbare Markierungen in günstiger Konstellation benötigt, welche von dem Kamerasystem erfasst werden können. So sind etwa perspektivische Effekte oftmals sehr schwach ausgeprägt und ermöglichen keine genaue Positionsschätzung. Daher wird für die Lokalisierung ein kalibriertes Kamerasystem benötigt. Das bedeutet, dass die Abbildungseigenschaften der Kamera genau bekannt sein müssen, um eine Positionsbestimmung zu ermöglichen.

Bei anderen Verfahren zur Positionsbestimmung werden oftmals Ultraschallsignale oder Funksignale ausgesandt und von einem Empfänger zur Positionsbestimmung herangezogen. Ferner sind kartenbasierte Positionsbestimmungen auf der Basis von Kameras oder LiDAR-Systemen bekannt. Diese setzt jedoch eine zeitliche Konsistenz der Szeneninhalte oder zumindest von Teilen davon voraus. Auch wird hier eine Kalibrierung des Sensorsystems vorausgesetzt. In Industrieumgebungen werden Roboter auch häufig durch sichtbare oder unsichtbare durchgängige Bodenmarkierungen oder im Boden eingelassenen Transponder lokalisiert. Aus der DE102014211106A1 ist eine Markierung bekannt, die eine Positionsbestimmung basierend auf einer Winkelinformation ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Markierung zur Positionsbestimmung umfasst eine zumindest teilweise in einer ersten Ebene angeordnete Indikatoroberfläche, auf welcher eine Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren angeordnet sind, und ein in einer vorgesehenen Betrachtungsrichtung vor der ersten Ebene gelegenen zweiten Ebene angeordneter Sichtbereich, welcher derart ausgebildet ist, dass dieser einen Betrachtungspunkt definiert, durch welchen die Indikatoroberfläche in der ersten Ebene zu betrachten ist, um einen Indikator aus der Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren abzulesen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionsbestimmung, umfasst ein Ablesen eines Indikators von einer zumindest teilweise in einer ersten Ebene angeordnete Indikatoroberfläche, auf welcher eine Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren angeordnet sind, wobei der Indikator durch einen Sichtbereich abgelesen wird, der in einer vorgesehenen Betrachtungsrichtung vor der ersten Ebene gelegenen zweiten Ebene angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass dieser einen Betrachtungspunkt definiert, durch welchen die Indikatoroberfläche in der ersten Ebene zu betrachtet ist, um den Indikator aus der Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren anzuzeigen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Ablesen des Indikators bevorzugt mittels einer Kamera. Ferner wird bevorzugt aus dem Abgelesenen Indikator auf die Position der Kamera geschlossen, wobei unterschiedlichen Indikatoren unterschiedliche Positionen zugeordnet sind.

Auch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Markierung zur Positionsbestimmung für eine Positionsbestimmung ist vorteilhaft.

Das erfindungsgemäße Kamerasystem ist dazu eingerichtet die erfindungsgemäße Markierung zu erfassen und umfasst eine Positionsbestimmungseinheit, welche dazu eingerichtet ist durch den Sichtbereich der Markierung einen an dem Betrachtungspunkt gelegenen Indikator von der Indikatoroberfläche abzulesen und eine relative Position des Kamerasystems gegenüber der Markierung aus dem abgelesenen Indikator zu ermitteln.

Der Sichtbereich ist also ein definierter Bereich in der zweiten Ebene, der insbesondere durch seitliche Begrenzungen definiert ist. Der Sichtbereich ist ein transparenter Bereich in der ersten Ebene. Wird die Markierung aus der vorgesehenen Betrachtungsrichtung betrachtet, so wird die in der ersten Ebene angeordnete Indikatoroberfläche durch den Sichtbereich hindurch betrachtet und durch diese ein auf der Indikatoroberfläche gelegener Betrachtungspunkt definiert. Der Betrachtungspunkt ist dabei abhängig von einer relativen Position eines Betrachters gegenüber der Markierung.

Die Bereiche der Indikatoroberfläche, welche abseits des Betrachtungspunktes liegen, sind entweder durch eine in der ersten Ebene gelegene Blende verdeckt oder können ignoriert werden. Durch den Sichtbereich hindurch wird somit bei einer Betrachtung der Markierung in der vorgesehenen Betrachtungsrichtung ein Abschnitt der Indikatoroberfläche und der oder die in diesem Abschnitt gelegenen Indikatoren der Vielzahl von unterschiedlichen Indikatoren sichtbar. Abhängig von einer Pose eines Betrachters gegenüber der Markierung ist somit nur ein Teilabschnitt der Indikatorfläche sichtbar oder nur ein Teilabschnitt der Indikatoroberfläche als relevant markiert. Es erfolgt somit mittels des Sichtbereichs eine Kennzeichnung eines Indikators aus den zueinander unterschiedlichen Indikatoren der Indikatoroberfläche.

Die Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren sind bevorzugt gleichmäßig über die Indikatoroberfläche verteilt, wobei jeder der unterschiedlichen Indikatoren bevorzugt lediglich ein einziges Mal auf der Indikatoroberfläche vertreten ist. Die Indikatoren sind bevorzugt so auf der Indikatoroberfläche angeordnet, dass zumindest einer der Indikatoren in dem Sichtbereich erkenntlich ist, wenn die Markierung aus einer vorgesehenen Betrachtungsrichtung betrachtet oder erfasst wird.

Anstelle diskreter Indikatoren kann auch ein beliebiges, jedoch eindeutiges und bekanntes, Muster genutzt werden. Dies kann beispielsweise ein (Pseudo-) Zufallsmuster sein. Dabei sollte jeder Ausschnitt des Musters eindeutig sein. Ein solches Zufalls-Muster ließe sich beispielsweise durch eine Rauschfunktion wie Perlin Noise erzeugen. Abschnitte eines solchen Musters können dabei als einzelne Indikatoren betrachtet werden.

Es wird somit ein Verfahren und mehrere Ausführungen einer Apparatur zur Positionsbestimmung/Lokalisierung und/oder Orientierungsbestimmung beschrieben. Das Funktionsprinzip ist dabei umgekehrt zu einer Kamera, die einen Roboter beobachtet und aus dessen Position im Bild dessen Position bspw. in einer Ebene ableitet. Je nachdem aus welcher Perspektive die Markierung beobachtet wird, sind unterschiedliche Ausschnitte der Indikatoroberfläche sichtbar. Daraus kann auf die Position/Orientierung des Beobachters rückgeschlossen werden. Durch die Verwendung einer vergrößernden Optik lässt sich die Auflösung/Genauigkeit im Verhältnis zum Bauraum/Tiefe der Markierung kontrollieren/verbessern.

Die vorgeschlagene Markierung lässt sich in vielen Szenarien einsetzen in denen heutzutage klassische Marker/Markierungen eingesetzt werden. Um die Orientierung/Position auf Basis klassischer Marker zu bestimmen, müssen diese typischerweise relativ groß sein oder es müssen mehrere verwendet werden. Gleichzeitig muss die verwendete Kamera ausreichend genau kalibriert sein, um eine 3D-Posenschätzung durchführen zu können. Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Markierung hingegen setzt keine Kalibrierung voraus. Für die Bestimmung der Position in einer Ebene wird dabei bevorzugt eine bekannte Kamerahöhe (oder eine gleichbleibende) Kamerahöhe vorausgesetzt. Ähnlich wie bei Markern/Markierungen wird einige Meta-Information, wie die Lage im Raum oder das Aussehen und die Eigenschaften der Marker, benötigt. Das System selber ist jedoch komplett passiv.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

In dem Sichtbereich ist bevorzugt eine Linse angeordnet. So wird insbesondere der gesamte Sichtbereich durch eine Linse gebildet, welche in der zweiten Ebene gelegen ist. Wird der Sichtbereich aus der vorgesehenen Betrachtungsrichtung betrachtet, so wird durch die Linse der durch den Sichtbereich erkennbare Indikator auf der Indikatoroberfläche gezeigt und in seiner Darstellung vergrößert. Ein Fokus bei einer Betrachtung des Sichtbereichs der Markierung wird dabei auf den Betrachtungspunkt gelenkt. Dadurch wird es ermöglicht, dass die Indikatoren auf der Indikatoroberfläche besonders klein dargestellt werden können, da diese bei einem Auslesen der Markierung durch die Linse vergrößert werden. Die Linse kann daher auch als Vergrößerungslinse bezeichnet werden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Sichtbereich eine in der zweiten Ebene gelegene Öffnung oder ein in der zweiten Ebene gelegener transparenter Bereich einer nicht transparenten oder teiltransparenten Abdeckung ist. Durch die nicht transparente oder teiltransparente Abdeckung wird somit ein Teil der Indikatoroberfläche verdeckt, der nicht durch den Sichtbereich erkenntlich ist. Es kann somit vermieden werden, dass solche Indikatoren abgelesen werden, welche nicht innerhalb des Sichtbereichs liegen, wenn die Markierung betrachtet wird. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Sichtbereich ein markierter Bereich einer transparenten und in der zweiten Ebene gelegenen Abdeckung gelegen ist. Auf diese Weise kann ein Lichteinfall auf die Indikatoroberfläche vergrößert werden, wodurch die Ablesbarkeit der Markierung bei Tageslicht vereinfacht wird. Durch die Markierungen, welche auf der transparenten Abdeckung angeordnet sind, wird der Sichtbereich markiert und angezeigt, wo der Betrachtungspunkt in der ersten Ebene liegt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Abdeckung eine Fresnel-Linse umfasst, auf welcher der Sichtbereich markiert ist. Die Fresnel-Linse ist dabei nicht zwingend auf den Sichtbereich begrenzt, weist jedoch ihre optische Achse innerhalb des Sichtbereichs auf. Es wird somit ermöglicht, dass eine aufwändige Anordnung einer Linse in der zweiten Ebene nicht notwendig ist, da die gesamte Abdeckung inklusive dem Sichtbereich durch die Fresnel-Linse geschaffen wird.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Indikatoroberfläche eine Wölbung aufweist, sodass ein äußerer Bereich der Indikatoroberfläche näher an der zweiten Ebene angeordnet ist, als ein innerer Bereich der Indikatoroberfläche. Die Indikatoroberfläche ist dabei entlang nur einer Achse gewölbt oder entlang zweier senkrecht zueinanderstehender und in der ersten Ebene liegender Achsen gewölbt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Indikatoroberfläche bevorzugt um eine Achse oder um einen Punkt gebogen ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die Indikatoren auf der Indikatoroberfläche so angeordnet sind, dass diese bei Betrachtung der Markierung auf den Betrachter hin ausgerichtet sind. Mit anderen Worten, bedeutet dies, dass ein schräger Blickwinkel auf die Indikatoren vermieden wird, wenn diese durch den Sichtbereich betrachtet werden. Die Ablesbarkeit der Markierung wird somit erhöht.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Markierung eine Beleuchtung umfasst, welche dazu angeordnet ist, die Indikatoroberfläche zu beleuchten. Somit wird eine Positionsbestimmung in einem dunklen Umfeld ermöglicht, wobei insbesondere dann, wenn in der zweiten Ebene eine nicht transparente Abdeckung angeordnet ist, eine ungewollte Beleuchtung eines zugehörigen Raums vermieden wird.

Die Positionsbestimmungseinheit des erfindungsgemäßen Kamerasystems umfasst bevorzugt eine Bildanalyseeinheit, durch welche die von dem Kamerasystem erfassten Bilder analysiert werden. Dabei wird insbesondere zunächst eine Position der Markierung selbst erkannt und dann der Sichtbereich der Markierung analysiert. Der in dem Sichtbereich liegende Indikator der Indikatoroberfläche wird abgelesen und als ein Parameter erfasst. Um die relative Position des Kamerasystems gegenüber der Markierung aus dem abgelesenen Indikator zu ermitteln ist es vorteilhaft, wenn jedem der Indikatoren eine Position, insbesondere eine relative Position gegenüber der Markierung zugeordnet ist. Basierend auf dem abgelesenen Indikator kann damit unmittelbar auf die relative Position gegenüber der Markierung geschlossen werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Positionsbestimmungseinheit dazu eingerichtet ist, die relative Position des Kamerasystems gegenüber der Markierung in Form von einer vorgegebenen Ebene basierend auf dem abgelesenen Indikator zu ermitteln, wobei bei unterschiedlichen Punkten auf der vorgegeben Ebene unterschiedliche Indikatoren der Indikatoroberfläche zugeordnet sind. Die vorgegebene Ebene ist dabei insbesondere eine Bodenoberfläche in einem Raum oder eine parallel zu einer Bodenoberfläche liegende Ebene in einem Raum, in welcher eine Kamera des Kamerasystems angeordnet ist. Dazu ist bevorzugt jedem Punkt in der vorgegebenen Ebene einer der Indikatoren zugeordnet.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Kamerasystem dazu eingerichtet ist, mehrere der erfindungsgemäßen Markierung zu erfassen und die Positionsbestimmungseinheit dazu eingerichtet ist, die relative Position des Kamerasystems gegenüber den Markierungen basierend auf den abgelesenen Indikatoren der Markierungen zu ermitteln. Dabei ist bevorzugt jeder Kombination zweier Indikatoren der unterschiedlichen Markierungen jeweils ein Punkt in einem dreidimensionalen Raum zugeordnet. Es wird somit ermöglicht, eine dreidimensionale Positionsbestimmungseinheit zu schaffen.

Ferner ist ein Positionierungssystem vorteilhaft, welches zumindest eine erfindungsgemäße Markierung und ein erfindungsgemäßes Kamerasystem umfasst. Ein solches Positionierungssystem weist alle Vorteile der Markierung und des Kamerasystems auf.

Die zuvor genannten Vorteile gelten in entsprechender Weise auch für ein Verfahren zur Positionsbestimmung. Das Verfahren umfasst hierbei den Schritt des Ablesens eines Indikators von einer zumindest teilweise in einer ersten Ebene angeordnete Indikatoroberfläche, auf welcher eine Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren angeordnet sind. Hierbei wird der Indikator durch einen Sichtbereich abgelesen, der in einer vorgesehenen Betrachtungsrichtung vor der ersten Ebene gelegenen zweiten Ebene angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass dieser einen Betrachtungspunkt definiert, durch welchen die Indikatoroberfläche in der ersten Ebene zu betrachten ist, um den Indikator aus der Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren anzuzeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Markierung in einem Schnittbild,

Figur 2 eine beispielhafte Darstellung einer Indikatoroberfläche mit einer Vielzahl zueinander unterschiedlicher Indikatoren,

Figur 3 ein Erscheinungsbild einer erfindungsgemäßen Markierung, wenn diese aus einer ersten Position betrachtet wird,

Figur 4 ein Erscheinungsbild der erfindungsgemäßen Markierung, wenn diese aus einer zweiten Position betrachtet wird, Figur 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Markierung gemäß einer weiteren Ausführungsform, und

Figur 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Positionierungssystems.

Ausführungsform der Erfindung

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäßen Markierung 1 in einem Schnittbild. Dabei ist eine Anordnung eines Kamerasystem 20, 20' an unterschiedlichen Positionen gegenüber der Markierung 1 dargestellt. Eine Blickrichtung des Kamerasystems 20, 20' ist entlang einer Sichtachse 22, 22 'ausgerichtet.

Die Markierung 1 erstreckt sich über eine erste Ebene 11 und eine parallel zu der ersten Ebene 11 gelegene zweite Ebene 12. In der ersten Ebene 11 ist eine Indikatoroberfläche 2 angeordnet, welche in dieser Ausführungsform vollständig in der ersten Ebene 11 gelegen ist. Auf der Indikatoroberfläche 2 ist eine Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren 5a, 5b, 5c etc. angeordnet.

Die Indikatoroberfläche 2 ist in Figur 2 beispielhaft dargestellt. Die Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren 5a, 5b, 5c werden dabei durch unterschiedliche Zahlen gebildet. So ist die Indikatoroberfläche 2 in ein Raster unterteilt und in jedem Feld des Rasters ist eine Zahl angeordnet, die nur einmalig auf der Indikatoroberfläche 2 vertreten ist. Es kann somit basierend auf der Zahl erkannt werden, wo diese sich auf der Indikatoroberfläche 2 befindet. Die Indikatoren 5a, 5b, 5c der Indikatoroberfläche 2 sind hier beispielhaft als Zahlen gewählt. In alternativen Ausführungsformen können diese ebenfalls durch unterschiedliche Muster oder Farben gebildet werden. Zudem ist eine Kombination dieser Indikatoren vorteilhaft. So können die Zahlen beispielsweise mit unterschiedlichen Farben hinterlegt sein, um eine Erkennungssicherheit zu erhöhen. Auch ist es Vorteilhaft, wenn jeder der Indikatoren eine vordefinierte Orientierung auf der Indikatoroberfläche 2 aufweist. Auf diese Weise wird es ermöglicht, auf eine Rotation des Kamerasystems gegenüber der Markierung 1 zu schließen. Die zweite Ebene ist in einer vorgesehenen Betrachtungsrichtung 15 vor der ersten Ebene 11 gelegen. So ist es vorgesehen, dass die Markierung 1, entsprechend ihrer Darstellung in Figur 1 von links betrachtet wird. In der zweiten Ebene 12 ist ein Sichtbereich angeordnet. Dieser ist derart ausgebildet, dass dieser einen Betrachtungspunkt 4 definiert, durch welchen ein Indikator 13 auf der Indikatoroberfläche in der ersten Ebene angezeigt wird. Bei einer Betrachtung der Markierung 1 kann somit in dem Sichtbereich 3 ein Indikator 13 aus der Vielzahl von zueinander unterschiedlichen Indikatoren 5a, 5b, 5c abgelesen werden.

Der Sichtbereich 3 kann unterschiedlich ausgeführt sein. Der Sichtbereich 3 ist aber in jedem Fall derart gestaltet, dass durch diesen hindurch die Indikatoroberfläche 2 betrachtet werden kann. Das bedeutet, dass der Sichtbereich 3 transparent ausgeführt ist oder zumindest teilweise transparent ausgeführt ist. In dieser Ausführungsform ist der Sichtbereich eine in der zweiten Ebene 12 gelegene Öffnung einer nicht transparenten Abdeckung 7. Die Abdeckung 7 erstreckt sich von der ersten Ebene 11 zu der zweiten Ebene 12 und kann sich optional auch teilweise in der zweiten Ebene 12 erstrecken. In der Öffnung der nicht transparenten Abdeckung 7, also in dem Sichtbereich 3, ist eine Linse 6 angeordnet. Das bedeutet, dass die Indikatoroberfläche 2 auch durch die Linse 6 betrachtet wird, wenn die Indikatoroberfläche 2 durch den Sichtbereich 3 betrachtet wird.

Auf einer von der zweiten Ebene 12 abgewandten Seite der Indikatoroberfläche 2 ist eine Beleuchtung 9 angeordnet. Die Beleuchtung 9 ist dabei eine Hintergrundbeleuchtung der Indikatoroberfläche 2. So wird die Indikatoroberfläche 2 beispielsweise von ihrer Rückseite, also von einer der zweiten Ebene 12 angewandten Seite, beleuchtet. Dazu ist die Indikatoroberfläche 2 insbesondere derart gestaltet, dass diese teiltransparent ist, wodurch die Indikatoren 5a, 5b, 5c indirekt beleuchtet werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es alternativ oder zusätzlich auch vorteilhaft ist, die Indikatoroberfläche 2 ausgehend von ihrer Vorderseite, also von Seiten der zweiten Ebene 12 aus, direkt zu beleuchten.

In Figur 1 ist ferner das Kamerasystem 20 dargestellt, wobei das Kamerasystem

20 eine Positionsbestimmungseinheit 21 umfasst. Diese ist dazu eingerichtet den in dem Sichtbereich 3 der Markierung 1 gelegenen Indikator 13 der Indikatoroberfläche 2 abzulesen und eine relative Position des Kamerasystems

20 gegenüber der Markierung 1 aus dem abgelesenen Indikator 13 zu ermitteln.

In Figur 1 ist das Kamerasystem 20 in unterschiedlichen Positionen gegenüber der Markierung 1 dargestellt, um das Funktionsprinzip der Markierung 1 näher zu erläutern. So wird die Markierung 1 durch das Kamerasystem 20 aus einer ersten Position betrachtet und zu einem anderen Zeitpunkt wird die Markierung 1 durch das Kamerasystem 20' aus einer zweiten Position betrachtet.

Aus Sicht des Kamerasystems 20 kann die Indikatoroberfläche 2 nur durch den Sichtbereich 3 erfasst werden, da die übrigen Bereiche der Indikatoroberfläche 2 von der Abdeckung 6 verdeckt sind. Es ist somit in dem Sichtbereich 3 nur ein bestimmter Punkt der Indikatoroberfläche 2 zu sehen. Dieser Punkt ist an einer durch den Sichtbereich und die relative Position des Kamerasystems 20 zu der Markierung definierten Stelle der Indikatoroberfläche 2 gelegen. Damit ist dieser Punkt der Betrachtungspunkt 4.

Es ist ersichtlich, dass abhängig von der Position des Kamerasystems 20 eine unterschiedliche Stelle der Indikatoroberfläche 2 betrachtet wird, die Lage des Betrachtungspunktes 4 sich also verändert. Wird in Figur 1 das Kamerasystem 20' an der zweiten Position betrachtet, so ist ersichtlich, dass auch die Lage des Betrachtungspunktes 4 verändert wurde. Entsprechend wird durch das Kamerasystem 20 ein jeweils unterschiedlicher Indikator 5a, 5b, 5c erfasst, abhängig davon, an welcher Position sich die Kamera des Kamerasystems 20 befindet.

Der über den Sichtbereich 3 abgelesene Indikator 13 wird von der Positionsbestimmungseinheit 21 ermittelt und erkannt und aus diesem wird auf eine relative Position des Kamerasystems 20 gegenüber der Markierung 1 geschlossen. Dazu ist unterschiedlichen Punkten in einer vorgegebenen Ebene 31 jeweils ein Indikator der unterschiedlichen Indikatoren 5a, 5b, 5c der Indikatoroberfläche 2 zugeordnet. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass eine relative Position des Kamerasystems 20 gegenüber der Markierung 1 in einer vorgegebenen Ebene 31 ermittelt wird. Um dabei zu einer besonders genauen Ermittlung der Position des Kamerasystems 20 gegenüber der Markierung 1 zu gelangen ist es vorteilhaft, wenn die Markierung 1 selbst nicht in der vorgegebenen Ebene 31 angeordnet ist. Bei entsprechender Anordnung des Kamerasystems 20 an einer mobilen Einheit

30, wird eine Positionsbestimmung der mobilen Einheit 30 gegenüber der Markierung 1 ermöglicht.

Bei entsprechender Anordnung des Kamerasystems 20 an einer mobilen Einheit 30, wird eine Positionsbestimmung der mobilen Einheit 30 gegenüber der Markierung 1 ermöglicht. Dies ist beispielhaft in Figur 6 dargestellt. In Figur 6 befindet sich die mobile Einheit 30 in einer vorgegebenen Ebene 31 und kann sich in dieser bewegen. Eine über der Ebene 11 angeordnete Markierung 1 wird von einer Kamera 20 der mobilen Einheit 30 erfasst. Es wird die über den Sichtbereich 3 erkannte Markierung der Indikatoroberfläche 2, also einer der Indikatoren 5a, 5b, 5c, erkannt und mit einem Verzeichnis verglichen, in welchem jedem Punkt der vorgegebenen Ebene 31 genau ein Indikator der Indikatoren 5a, 5b, 5c der Indikatoroberfläche 2 zugeordnet ist. Anhängig von der Position in der vorgegebenen Ebene 31 wird von dem Kamerasystem 20 ein anderer Indikator erfasst. Es ist somit eine Positionsbestimmung in der vorgegebenen Ebene 31 möglich. Die vorgegebene Ebene 31 kann dabei in unterschiedlicher Weise definiert sein. So ist die vorgegebene Ebene 31 entweder eine Ebene, in der sich die mobile Einheit 30 bewegt oder eine Ebene, in der die Kamera des Kamerasystems 20 angeordnet ist.

Die Figuren 3 und 4 zeigen beispielhafte Ansichten der Markierung 1 aus der vorgesehenen Betrachtungsrichtung 15. Es ist dabei beispielhaft dargestellt, wie die Markierung 1 aus Sicht des Kamerasystems 20 aussieht. Dabei ist der Sichtbereich 3 jedoch durch eine Markierung auf einer transparenten Abdeckung ausgeführt. So wird durch 4 in einem Kreuz angeordnete Pfeile 3a, 3b, 3c, 3d ein Mittelpunkt der in der zweiten Ebene 12 gelegenen Abdeckung 7 markiert. Der Sichtbereich 3 ist somit optisch markiert. In den Figuren 3 und 4 ist auch die Indikatoroberfläche 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass ein bestimmter Indikator 13 der Indikatoroberfläche 2 in den Sichtbereich 3 fällt, durch welchen der Betrachtungspunkt 4 definiert ist. Der Betrachtungspunkt 4 ist hier der Punkt der Indikatoroberfläche 2, der in ein Zentrum des durch die Pfeile 3a bis 3d aufgespannten Kreuzes fällt.

Bewegt sich ein Betrachter, beispielsweise die Kamera des Kamerasystems 20, gegenüber der Markierung 1 , so fällt ein anderer Indikator 14 in den Sichtbereich 3 und den dadurch definierten Betrachtungspunkt 4. So ist beispielsweise ein Betrachtungspunkt bei der in Figur 4 dargestellten Ansicht der Markierung 1 gegenüber der in Figur 3 dargestellten Betrachtungspunkte nach links verschoben. Somit werden in den gemäß Figuren 3 und 4 dargestellten Betrachtungen der Markierung 1 unterschiedlicher Indikatoren 13, 13' von der Indikatoroberfläche 2 abgelesen. Ist die Markierung 1 nicht in der Betrachtungsebene angeordnet, so wird sich der abgelesene Indikator auch mit einer Annäherung an die Markierung 1 verändern. Entsprechendes gilt für ein Entfernen von der Markierung 1.

Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Markierung 1 , welche im Wesentlichen der zuvor beschriebenen Ausführungsform entspricht. Dabei ist jedoch die Indikatoroberfläche 2 gewölbt, sodass ein äußerer Bereich der Indikatoroberfläche 2 näher an der zweiten Ebene 12 angeordnet ist, als ein innerer Bereich der Indikatoroberfläche 2. Optional weist auch diese Markierung

1 eine zugehörige Beleuchtung 9 auf. Durch die Wölbung der Indikatoroberfläche

2 wird erreicht, dass diese auch bei vergleichsweise steilen Betrachtungswinkeln deutlich ablesbar ist. Es kommt somit zu einer geringeren Verzerrung der auf der Indikatoroberfläche 2 dargestellten Indikatoren 5a, 5b, 5c. Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform der Markierung 1 ist ferner der Sichtbereich 3 derart ausgeführt, dass dieser einen Bereich einer Fresnel-Linse 8 ist. Die Fresnel-Linse 8 erstreckt sich dabei in der zweiten Ebene 12. Ein Zentrum der Fresnel-Linse 8 liegt in dem Sichtbereich 3 und ist dabei beispielsweise durch eine entsprechende Markierung markiert, wie dies auch beispielhaft in Figuren 3 und 4 der Fall ist. Das Funktionsprinzip der Markierung 1 bleibt gleich.

Es wird Bezug genommen auf das in Figur 6 dargestellte Positionierungssystem 40. Dieses umfasst zumindest eine der erfindungsgemäßen Markierungen 1 und das Kamerasystem 20, wobei das Kamerasystem 20 auf einer mobilen Einheit 30 angeordnet ist. Die Markierung 1 ist entweder an einer Decke oder einer Wand oberhalb der vorgegebenen Ebene 31 angeordnet, in der sich die mobile Einheit 30 bewegt. Ist die Markierung an der Decke angeordnet, so sind die erste Ebene 11 und die zweite Ebene 12 bevorzugt parallel zu einer vorgegebenen Ebene 31 angeordnet, in der das Kamerasystem 20 bewegt wird. Ist die Markierung an der Wand angeordnet, so sind die erste Ebene 11 und die zweite Ebene 12 bevorzugt senkrecht zu einer vorgegebenen Ebene 31 angeordnet, in der das Kamerasystem 20 bewegt wird. Es ist ersichtlich, dass abhängig von einer relativen Position der mobilen Einheit 30 gegenüber der Markierung 1 das Kamerasystem 20 einen unterschiedlichen Blickwinkel auf die Markierung 1 hat. Basierend auf dem für eine Position abgelesenen Indikator 13 wird auf die Position der mobilen Einheit 30 in der bzw. auf der vorgegebenen Ebene 31 geschlossen.

Es wird dazu ein Verfahren zur Positionsbestimmung unter Verwendung der Markierung 1 ausgeführt. Dabei erfolgt ein Ablesen eines Indikators von der zumindest teilweise in einer ersten Ebene 11 angeordnete Indikatoroberfläche 2 mittels einer Kamera. Es wird der in dem Sichtbereich 3 gelegene Indikator abgelesen. Aus dem Abgelesenen Indikator wird auf die Position der Kamera geschlossen, wobei unterschiedlichen Indikatoren unterschiedliche Positionen zugeordnet sind.

Eine Deckenanbringung ist häufig sinnvoll und zielführend, da sich ein einfaches Mapping ergibt und eine ähnliche Genauigkeit unabhängig von der Position. Eine vertikale Anbringung ist auch denkbar. Generell ist auch eine Kombination beider Konstellationen möglich. Dies würde die Genauigkeit verbessern und kann mögliche Mehrdeutigkeiten auflösen.

Bevorzugt sind daher mehrere der erfindungsgemäßen Markierungen 1, beispielsweise eine erste Markierung 1a und eine zweite Markierung 1b in dem Positionierungssystem 40 angeordnet. Die Positionsbestimmungseinheit 21 ist dabei bevorzugt dazu eingerichtet, die relative Position des Kamerasystems 20 gegenüber den Markierungen 1a, 1b basierend auf den abgelesenen Indikatoren 13 der beiden Markierungen 1a, 1b zu ermitteln. Auf diese Weise wird es ermöglicht auch eine Lage außerhalb der vorgegebenen Ebene 31 zu bestimmen. Abgelesene Indikatoren sind in Figur 6 beispielhaft mit den Indikatoren 1912, 605, 740 und 630 dargestellt.

Das zuvor beschriebene Prinzip basiert auf einem Mapping/einer Projektion einer 2D-Textur in den 3D-Raum. Ist dieses Mapping bekannt, so erlaubt es einem Beobachter der Apparatur, also der Markierung 1 , zu bestimmen, unter in welcher Richtung er sich relativ zu dieser Apparatur befindet. Typischerweise lässt sich der Raum, in dem sich der Beobachter bewegt, auf eine Ebene reduzieren, sodass ein direkter Rückschluss auf die Position gemacht werden kann.

Eine Pose ist durch sechs Parameter (3 Positionsparameter und 3 Orientierungsparameter) eindeutig bestimmt. Der bei Beobachtung der Markierung 1 sichtbare Ausschnitt erlaubt die Bestimmung von drei Parametern. Zwei Parameter beschreiben den Sichtstrahl, ausgehend von der Markierung 1 , auf dem sich der Beobachter befinden muss. Zudem ist auch die Rotation der Markierung 1 um diesen Sichtstrahl bekannt, beispielweise durch eine Ausrichtung des erkannten Indikators 13.

Da auch dem Beobachter bekannt ist, unter welchem Winkel er die Apparatur beobachtet (dies setzt ein kalibriertes Kamerasystem 20 voraus), können insgesamt fünf von sechs Positionsparameter bestimmt werden. Unbekannt bleibt der Abstand zwischen Beobachter und Apparatur. Dieser Freiheitsgrad kann unter Einbeziehung einer Ebene, auf der sich der Beobachter befindet oder durch eine zweite Apparatur aufgelöst werden.

Ist die Kalibrierung des Kamerasystems 20 nicht bekannt, so können nur drei Parameter bestimmt werden. Unter Einbeziehung einer Ebene (und des Abstandes zwischen Ebene und Kamera, also der Kamerahöhe) oder einer zweiten Markierung 1 lässt sich die Position dennoch eindeutig bestimmen.

Im Kontrast dazu werden zur Bestimmung der Pose mindestens zwei bis drei klassische 2D-Marker benötigt, wobei diese weit voneinander entfernt sein sollten/müssen. Zudem wird immer ein kalibriertes Kamerasystem vorausgesetzt. Im Folgenden sind einige Vorteile des Vorschlages aufgelistet.

Unter Einbeziehung einer (oder mehrerer Ebenen) erlaubt die Beobachtung der Markierung 1 , unter Kenntnis des 2D-3D-Mappings, einem Beobachter seine eigene Position/Orientierung zu bestimmen.

Unter Verwendung zweier Markierungen 1 kann die Position eines Beobachters im Raum in 3D (ohne zusätzliche Ebenenannahmen) bestimmt werden.

Das System setzt keine Kalibrierung des Kamerasystems 20 voraus. Diese wird nur benötigt, wenn alle sechs Positionsparameter bestimmt werden sollen. Das System ist (bis auf eine Beleuchtung) passiv und setzt zur Benutzung nur die Kenntnis des 2D-3D-Mappings voraus. Die Positionsbestimmung liegt damit komplett beim Beobachter.

Die Apparatur lässt sich günstig fertigen und setzt keine teuren Komponenten/Prozesse, außer der einmaligen Einmessung des 2D-3D- Mappings und der Bestimmung der Verbaupose, voraus.

Das System lässt sich in vielen Bereichen/Szenarien einsetzen. Es könnte z.B. auch Personen helfen sich in einer großen Halle zu orientieren. Dabei würde ein Farbmuster verwendet und die Apparatur an der Decke montiert. Eine Person könnte dann aus der beobachteten Farbe auf ihre Position schließen.

Damit ein Beobachter seine Position oder/und Pose bestimmen kann, muss ihm einerseits das 2D-3D-Mapping zwischen der Textur und den entsprechenden Sichtstrahlend (ausgehend von der Apparatur) bekannt sein, also bspw. unter welchen zwei Raumwinkeln der Indikator zu sehen ist. Zudem muss die Pose der Apparatur bezogen auf eine Posenreferenz, wie z.B. ein Kartenursprung des Gebäudes, bekannt sein bzw. festgelegt werden.

Die in Figur 2 dargestellte Textur (Zahlentabelle) auf der Indikatoroberfläche 2 ist für Menschen einfach zu interpretieren, für die maschinelle Verarbeitung jedoch suboptimal, da die Bildauflösung relativ hoch sein muss, um einzelne Zahlen lesen/unterscheiden zu können. Vorteilhafter ist bspw. ein Zufallsmuster mit verschiedenen Ortsfrequenzen. Ist dem Beobachter das Muster bekannt, so können gängige Merkmalsextraktionsalgorithmen verwendet werden, um die genau Position und Orientierung des beobachteten Musterausschnittes auf dem Gesamtmuster zu finden. Der Austausch der Musterinformation ist aufwendiger als die Information über den Aufbau der Tabelle. Es könnte aber bspw. auch nur die Information zur Erzeugung des Musters aller verwendeten Projektoren (sowie deren Posen) übertragen werden.

Eine andere Möglichkeit stellt die Kodierung der Position über Farbe dar. Dabei würde bspw. ein Farbraum aufgespannt, sodass jede Farbe einer Raumrichtung entspricht. Zusätzlich könnten Referenzfarben und um die Apparatur angebracht werden, um eine Farbkalibrierung zu erlauben. Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung eines Bildschirms oder Displays als Indikatoroberfläche 2 mit zeitlich ändernden Inhalten anstelle einer statischen Textur dar. So könnten bspw. nacheinander verschiedene schwarz-weiß Muster als Indikator gezeigt werden, deren Abfolge eine eindeutige Positionsbestimmung zulässt (bspw. ansteigende Ortsfrequenzen einer binären Funktion). Schließlich könnte die Position auf dem Monitor oder in der Ebene auch direkt zeitlich binär schwarzweiß kodiert und übertragen werden.

Auch kann ein Laser-Projektor auf DOE-Basis verwendet werden. Unter verschiedenen Blickrichtungen auf die Apparatur wären dann verschiedene Ausschnitte eines zufälligen (aber bekannten) Lichtmusters oder einer Punktstruktur zu sehen.

Im Folgenden sind einige mögliche Einsatzbereiche/Szenarien für das erfindungsgemäße Positionierungssystem 40 aufgelistet.

Lokalisierung von Robotern in Warenlagern oder Sortieranlagen Lokalisierung von Fahrzeugen in intelligenten Parkhäusern

Lokalisierung von Staubsauger- oder Reinigungsrobotern in privaten oder öffentlichen Räumen

Automatisches Ausrichten/Anfahren eines LKWs an gegenüber einer Entladerampe oder Gangway an ein Schiff Führungssystem/Lokalisierungssystem für ein handgetragenes Gerät bspw. eines Audioguides in einem Museum