Identifikations System

Die Erfindung betrifft ein optisches Positionsbestimmungs- und Identifikationssystem, insbesondere für den Einsatz an Bord von Verkehrsflugzeugen.

Für verschiedene Anwendungen ist es wünschenswert, die relati ve Position an Bord eines Flugzeuges bestimmen und/oder in der Umgebung zu dieser Position befindliche Objekte, wie bspw. Flugzeugsitze, eindeutig identifizieren zu können. So ist es bspw. für die Erfassung von Schäden an eben diesen Objekten erforderlich, die Objekte eindeutig zu identifizieren. Für sonstige Schäden in der Flugzeugkabine (bspw. am Fußboden) ist eine möglichst genaue Erfassung des Ortes der Beschädigung er forderlich, um Reparaturmaßnahmen im Vorwege möglichst genau planen zu können, damit die für die eigentliche Reparatur er forderliche Zeit möglichst gering gehalten werden kann.

Auch sind Augmented-Reality-Anwendungen (AR-Anwendungen) für Passagiere an Bord denkbar, bei denen ein auf einem mobilen Endgerät gezeigte Bilder mit computergenerierten Zusatzinfor mationen oder virtuellen Objekten ergänzt werden. Damit diese Zusatzinformationen visuell korrekt eingepasst werden können, ist eine genaue Positrons- und Ausrichtungsbestimmung des mo bilen Endgerätes erforderlich.

Zur eindeutigen Identifizierung von Objekten ist es bekannt, diese mit einem computerlesbaren Etikett umfassend einen ein deutigen Identifizierungscode auszustatten. Auch, um die An forderungen an Lesegeräte zum Auslesen der Identifizierungsco des gering zu halten, wird häufig auf Barcodes und/oder QR-Co- des zurückgegriffen, die optisch ausgelesen werden können. Um die optische Gestaltung der Flugzeugkabine nicht zu stören, sind die computerlesbaren Etiketten jedoch regelmäßig an eher verdeckten Stellen der Objekte angeordnet, was ihr auslesen schwierig machen kann.

Eine darüber hinausgehende optische Positionsbestimmung an Bord eines Flugzeuges ist derzeit nicht, zumindest nicht zu verlässig möglich. Zwar können Objekte innerhalb der Flugzeug kabine, bspw. ein Passagiersitz, über sog. kantenbasiertes Mo delltracking, bei dem in einem Kamerabild Objektkanten ermit telt und mit Computermodellen der in Frage kommenden Objekte verglichen werden, grundsätzlich erkannt und auch die relative Position der Kamera gegenüber dem aufgenommenen Objekt ermit telt werden, aufgrund der Vielzahl gleichförmiger Objekte in nerhalb einer Flugzeugkabine - wie bspw. Passagiersitze - ist eine tatsächliche Positionsbestimmung innerhalb der Kabine bzw. eindeutige Zuordnung von in Frage kommenden Objekten je doch nicht zuverlässig möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Posi- tionsbestimmungs- und Identifikationssystem zu schaffen, wel ches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr oder nur noch in vermindertem Umfang aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein optisches Positionsbestim- mungs- und Identifikationssystem gemäß dem Hauptanspruch . Vor teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen An sprüche .

Demnach betrifft die Erfindung ein optisches Positionsbestim- mungs- und Identifikationssystem in Umgebungen mit einer Viel zahl von baugleichen Objekten umfassend eine mobile Bilderfas sungseinheit und an den Objekten anbringbare Texturelemente, wobei jedes Texturelement ein Muster aufweist, welches jeweils pseudo-zufällige Abweichungen von einem vorgegebenen Grundmus- ter umfasst, die freiäugig in einem Abstand von 1 m nicht zu erkennen sind, und wobei die Bilderfassungseinheit dazu ausge bildet ist, die Texturelemente anhand ihrer pseudo-zufälligen Abweichungen eindeutig zu identifizieren.

Die Erfindung hat erkannt, dass zur Positionsbestimmung und Identifikation in Umgebungen mit einer Vielzahl gleichförmiger Objekte eine einfach durchzuführende eindeutige Identifikation der einzelnen Objekte vorteilhaft und insbesondere für eine optische Positionsbestimmung anhand der optisch erfassten Ob jekte elementar ist. Um dabei zu vermeiden, dass die Objekte mit bekannten optisch auslesbaren Etiketten wie Bar- oder QR- Codes in für eine problemlose Identifikation erforderlich gut einsehbaren Bereichen (ggf. auch mehrfach) versehen werden müssen, was regelmäßig abträglich für das Design und Ambiente in der Flugzeugkabine ist, sind zu Identifikationszwecken er findungsgemäß Texturelemente vorgesehen.

Jedes Texturelement weist ein Muster auf. Bei dem Muster kann es sich bevorzugt um ein sich mehrfach wiederholenden Muster handeln, womit die Texturelemente beliebig groß ausgestaltet werden können. In der Folge sind sie besondere gut als Mittel der Oberflächengestaltung für die Objekte geeignet und lassen sich regelmäßig gut in das Design der Flugzeugkabine einfügen, ohne dass sie von Passagieren als störend empfunden werden, wie es bspw. bei unmittelbar sichtbaren QR-Codes der Fall wä re. Gleiches gilt für den Fall, wenn die Texturelemente ein zelne Bildelemente aufweisen, die sich nicht wiederholen. Die Bildelemente können nahezu beliebige Komplexität aufweisen und von sich nicht-wiederholenden Mustern bis zu fotografischen Bildelementen reichen. Auch solche Texturelemente werden - an ders als bspw. QR-Codes - von Passagieren regelmäßig nicht als störend empfunden. Um dennoch eine Identifizierung zu ermöglichen, weisen die Muster der Texturelemente jeweils eine eindeutig identifizier bare pseudo-zufällige Abweichung von einem vorgegebenen Grund muster auf, die freiäugig in einem Abstand von 1 m nicht zu erkennen sind. „Freiäugig" bezeichnet eine Betrachtung der Texturelemente durch das menschliche Auge, bei dem keine opti schen Hilfsmittel verwendet werden. Indem auf eine freiäugige Nicht-Erkennbarkeit der pseudo-zufälligen Abweichungen der Muster der Texturelemente in einem Abstand von 1 m zwischen Texturelementen und Betrachter abgestellt wird, erscheinen die Texturelemente beliebigen beiläufigen Betrachtern grundsätz lich identisch. Die Abweichungen der Muster sind aber so aus reichend, dass sie von optischen Bilderfassungseinheit, wie bspw. Kameras, die über eine ausreichend hohes und insbesonde re das des menschlichen Auges übertreffendes Auflösungsvermö gen verfügen, um die pseudo-zufälligen Abweichungen erkennen zu können.

Bei einer entsprechenden pseudo-zufällige Abweichung von einem Grundmuster handelt es sich um eine planvolle und eindeutig identifizierbare Veränderung des Grundmusters. Die Abweichun gen vom Grundmuster müssen dabei - wie erläutert - derart aus reichend deutlich sein, dass sie durch die Bilderfassungsein heit erfasst und festgestellt werden können. Insbesondere müs sen die Abweichungen also bspw. auch bei der von der Bilder fassungseinheit verfügbaren Auflösung in den aufgenommenen Bildern ermittelbar sein, wobei selbstverständlich ein Maxi malabstand zwischen Texturelement und Bilderfassungseinheit vorgegeben sein kann, bis zu dem die Ermittlung der Abweichun gen vom Grundmuster möglich sein soll. In der Regel können die Abweichungen vom Grundmuster erfindungsgemäß derart gering ausfallen, dass sie beim gewöhnlichen freiäugigen Betrachten des Musters eines Texturelementes auch im Vergleich benachbar ter Texturelemente durch einen Passagier nicht unmittelbar auffallen, sondern - wenn überhaupt - nur bei näherer Betrach tung von einer Person erkannt werden können. Durch eine hohe Komplexität des Musters kann das subjektive Auflösungsvermögen des menschlichen Sehens reduziert werden, wodurch die Abwei chungen vom Grundmuster ggf. größer und somit einfacher für die Bilderfassungseinheit identifizierbar sein können.

Es kann bspw. vorgesehen sein, dass das Grundmuster aus einer zufällig wirkenden Anordnung von geometrischen Figuren oder Grafiken, wie bspw. Firmenlogos, in verschiedenen Farben und Größen besteht. Durch planvolles Verändern der Position oder Größe einzelner Musterbestandteile in dem Grundmuster und so mit der Schaffung pseudo-zufälliger Abweichungen lassen sich eindeutig identifizierbare Muster für die Texturelemente schaffen, die zwar von der Bilderfassungseinheit erfasst wer den können, freiäugig aber praktisch nicht erkannt werden kön nen. Bei geeigneter Auflösung und/oder Farbtiefe der Bilder fassungseinheit können auch Linienstärken oder Farbtöne zur Schaffung von Abweichungen gegenüber dem Grundmuster verändert werden .

Es ist möglich, dass sämtliche Muster der Texturelemente auf demselben Grundmuster basieren. Es ist aber auch möglich, dass ein Teil davon auf einem Grundmuster beruht, während einem an deren Teil ein anderes Grundmuster zugrunde liegt. Insbesonde re können für unterschiedliche Arten von Objekten vorgesehene Texturelemente auf unterschiedlichen Grundmustern basieren. So können bspw. Texturelemente für Passagiersitze anders ausge staltet sein als Texturelemente für Wandpaneele.

Die erfindungsgemäße Bilderfassungseinheit ist dazu ausgebil det, die Muster der Texturelemente auf einem von der Bilder fassungseinheit aufgenommenen Bildes zu analysieren und anhand der dabei festgestellten pseudo-zufälligen Abweichungen ein- deutig zu identifizieren. Dazu kann in der Bilderfassungsein heit das Grundmuster, welches dem analysierten Muster des Tex turelementes zugrunde liegt, hinterlegt sein, sodass die Ab weichungen durch Abgleich des aufgenommenen Musters mit dem Grundmuster ermittelt werden. Alternativ kann die Bilderfas sungseinheit dazu ausgebildet sein, aus dem Muster selbst eine eindeutige Identifikation abzuleiten. Dies ist bspw. möglich, indem aus dem aufgenommenen Muster charakteristische Mittel werte, wie bspw. der durchschnittliche Abstand zwischen den einzelnen Musterbestandteilen oder die durchschnittliche Größe der einzelnen Musterbestandteile, ermittelt werden und an schließend die Abweichungen von diesen Mittelwerten bestimmt wird, aus denen sich dann die eindeutige Identifizierung er gibt .

Insbesondere wenn der maximale Abstand zwischen einem Textur element und der Bilderfassungseinheit, bis zu dem eine eindeu tige Identifizierung des Musters des Texturelementes möglich ist, gering gewählt ist, ist durch eine tatsächliche Identifi kation des Musters eines Texturelementes durch die Bilderfas sungseinheit ggf. bereits eine ausreichende Positionsbestim mung gewährleistet. So kann sich nämlich bereits aus der be schriebenen Identifikation bereits ableiten lassen, dass sich die Bilderfassungseinheit in (unmittelbarer) Nähe zu dem Tex turelement und somit dem damit ausgestatteten Objekt befinden muss .

Vorzugsweise ist eine mit der Bilderfassungseinheit verbundene Datenbank mit der Zuordnung der Texturelemente zu einzelnen Objekten, an denen die Texturelemente angebracht sind, vorge sehen, wobei die Bilderfassungseinheit vorzugsweise dazu aus gebildet ist, durch kantenbasiertes Modelltracking der über die Texturelemente und die Datenbank eindeutig identifizierten Objekte die relative Position der Bilderfassungseinheit gegen- über den identifizierten Objekten zu ermitteln. Durch eine entsprechende Ermittlung des Objektes, welches mit dem identi fizierten Texturelement versehen ist, kann durch ein kantenba siertes Modelltracking anhand eines dem Objekt entsprechenden Computermodells die genaue relative Position der Bilderfas sungseinheit gegenüber dem Objekt ermittelt werden. Dies ist insbesondere für die Augmented-Reality-Anwendungen vorteil haft .

Sind in der Datenbank darüber hinaus Positionsdaten der ein zelnen Objekte hinterlegt, kann die Bilderfassungseinheit zur Ermittlung der absoluten Position der Bilderfassungseinheit im Koordinatensystem der in der Datenbank hinterlegten Positions daten ausgebildet sein. Durch die zuvor beschriebene Ermitt lung der relativen Position der Bilderfassungseinheit gegen über einem identifizierten Objekt kann bei Kenntnis der Posi tion des Objektes auch die absolute Position der Bilderfas sungseinheit ermittelt werden. Dabei wird in der Regel auf dasjenige Koordinatensystem abzustellen sein, in dem die Posi tionsdaten der Objekte in der Datenbank hinterlegt sind.

Die Texturelemente können nahezu beliebig ausgestaltet sein.

So ist es möglich, dass wenigstens ein Teil der Texturelemente Klebefolien, Bezüge und/oder Objektabdeckungen sind, die je weils ein Muster, wie beschrieben, aufweisen. Es ist auch mög lich, dass wenigstens ein Teil der Texturelemente, vorzugswei se durch Aufdrucken und/oder Aufsticken, einstückig mit je weils einem Objekt ausgebildet ist. In diesem Fall ist die be druckte bzw. bestickte Fläche des Objektes als Texturelement anzusehen .

Es ist bevorzugt, wenn die zuvor beschriebene Datenbank zen tral abgelegt ist und die Bilderfassungseinheit über eine Drahtlosverbindung Zugriff auf die Datenbank hat. Durch das Vorsehen einer zentralen Datenbank ist der gleichzeitige Zu griff mehrerer Bilderfassungseinheiten auf die Datenbank mög lich. Um einen ständigen Datenaustausch über die Drahtlosver bindung zu vermeiden, ist es auch möglich, dass die Bilderfas sungseinheit ein Abbild der zentral abgelegten Datenbank pflegt und das Abbild nur bei Veränderungen in der Datenbank aktualisiert. Alternativ ist es möglich, dass - sofern die Bilderfassungseinheit über keine ausreichenden Rechenkapazitä ten verfügt - das von der Bilderfassungseinheit erfasste Bild drahtlos an die zentrale Datenbank gesendet wird. Seitens der zentralen Datenbank kann dann die Identifizierung der Textur elemente und evtl, weitere Schritte durchgeführt werden, bevor das Ergebnis dann an die Bilderfassungseinheit zurückübermit telt wird.

Es ist bevorzugt, wenn das Grundmuster chaotischen Charakter hat. „Chaotischer Charakter" bedeutet, dass bei Betrachten des Grundmusters keine, oder zumindest keine scheinbar funktionale Regelmäßigkeit in der Anordnung der einzelnen Musterbestand teile erkennbar ist. Bei einem entsprechenden Muster fallen pseudo-zufällige Abweichungen noch deutlich weniger auf.

Das erfindungsgemäße System eignet sich insbesondere für die Positionsbestimmung und/oder Obj ektidentifikation an Bord von Flugzeugen .

Demzufolge betrifft die Erfindung auch eine Anordnung aus ei nem Verkehrsflugzeug mit einer Vielzahl von in der Passagier kabine angeordneten Objekten und einem erfindungsgemäßen opti schen Positionsbestimmungs- und Identifikationssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Objekte jeweils mit wenigstens einem Texturelement versehen ist. Bei den Objekten kann es sich bevorzugt um Flugzeugsitze und/oder Wandpaneele handeln.

Umfasst das Positionsbestimmungs- und Identifikationssystem eine Datenbank, ist diese vorzugsweise auf einem Server an Bord des Verkehrsflugzeugs abgelegt. Dies bietet den Vorteil, dass die Daten der Datenbank bspw. für eine Positionsbestim mung auch dann verfügbar sind, wenn sich das Flugzeug in der Luft befindet und keine ausreichende Datenverbindung zu einem am Boden befindlichen Server besteht.

Das System lässt sich auch für die Überwachung des Zustandes der Kabine eines Flugzeugs mittels Kameras nutzen. Anstelle von Sensoren, welche einzelne Bestandteile der Kabine überwa chen, bspw. ob ein bestimmter Tisch hochgeklappt ist, kann ein entsprechender Bestandteil bspw. zwei unterschiedliche Textur elemente aufweisen, von denen in jeweils einem Betriebszustand nur eines oder wenigstens eines nicht einsehbar ist. Indem er findungsgemäß nur einsehbare Texturelemente identifiziert wer den können, kann über die identifizierten Texturelemente auf die Status des fraglichen Bestandteils geschlossen werden. Es ist bspw. möglich, dass eine autarke Drohne, die vorzugsweise anhand der erfindungsgemäß ermittelbaren Position selbständig navigiert, entsprechend den Zustand der Bestandteile der Kabi ne eines Flugzeugs inspiziert.

Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungs form unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bei spielhaft beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Anordnung; und

Figur 2: Beispiele der sich mehrfach wiederholenden Muster der Texturelemente aus Figur 1. In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung 1 dargestellt. Dabei ist in der Passagierkabine 2 eines Verkehrsflugzeugs ei ne Vielzahl von Passagiersitzen 4 - auch als Objekte 4 be zeichnet - angeordnet. An jedem der Passagiersitze 4 ist im oberen Bereich der Rückenlehne 5 ein Kopfbezug 6 vorgesehen, der mit einem sich vielfach wiederholenden Muster 7 versehen ist. Die Kopfbezüge 6 stellen dabei erfindungsgemäße Textur elemente 8 dar, wobei die Muster 7 der einzelnen Texturelemen te 8 jeweils pseudo-zufällige Abweichungen von einem Grundmus ter 9 darstellen.

Dies wird anhand Figur 2 näher erläutert, indem ein beispiel haftes Grundmuster 9 (Figur 2a) sowie zwei pseudo-zufällige Abweichungen davon (Figuren 2b und 2c) dargestellt sind.

Auf der linken Seite der Figur 2a ist das Grundmuster 9 ver größert dargestellt, während auf der rechten Seite dieses Grundmuster 9 vielfach wiederholt als flächige Textur, wie sie sich grundsätzlich als Muster 7 auf den Texturelementen 8 wie derfindet, dargestellt ist.

In Figur 2b ist eine erste pseudo-zufällige Abweichung 10 von dem Grundmuster 9 gemäß Figur 2a dargestellt, erneut sowohl in vergrößerter Form (links) als auch als flächige Textur. In diesem Beispiel ist ein Musterbestandteil - der mit Bezugszif fer 11 markierte Kreis - gegenüber dem Grundmuster 9 leicht nach oben verschoben.

Bei der zweiten pseudo-zufällige Abweichung 10 gemäß Figur 2c ist neben dem analog zur ersten pseudo-zufällige Abweichung 10 nach oben verschobenem Musterbestandteil 11 der mit Bezugszif fer 12 versehene Musterbestandteil - ebenfalls ein Kreis - leicht nach rechts verschoben. Wie insbesondere anhand der Texturdarstellungen der Figuren 2a-c ersichtlich, sind die Abweichungen 10 in den einzelnen Mustern 7 kaum ersichtlich. In der Folge wird einem sich an Bord des Verkehrsflugzeuges in der Passagierkabine 2 befindli chen Betrachters der Unterschied in den Mustern 7 der einzel nen Texturelemente 8 regelmäßig nicht auffallen. Die Abwei chungen in den einzelnen Mustern 7 sind aber so ausreichend, dass sie von eine Bilderfassungseinheit 12 (vgl. Figur 1) er fasst und zur eindeutigen Identifizierung herangezogen werden können .

Bei der in Figur 1 dargestellten Bilderfassungseinheit 12 han delt es sich um einen sog. Tablet-PC, auf dessen einer Seite ein großflächiger, berührungsempfindlicher Bildschirm 13 vor gesehen ist, während auf der anderen Seite ein Digitalkamera modul (nicht dargestellt) angeordnet ist. Das von dem Digital kameramodul erfasste Bild wird durch die Bilderfassungseinheit 12 verarbeitet, bevor es auf dem Bildschirm 13 in durch Zu- satzinformationen ergänzter Form dargestellt wird.

Die Bilderfassungseinheit 12 ist dazu ausgebildet, zumindest für diejenigen Texturelemente 8, die ausreichend nah an dem Digitalkameramodul sind, dass die dort enthaltenen Abweichun gen von dem Grundmuster 9 in dem aufgenommenen Bild und bei der Auflösung des Digitalkameramoduls tatsächlich abgebildet sind, die jeweilige Abweichung und somit das Texturelement 8 selbst eindeutig zu identifizieren. Hierzu können bekannte Bildverarbeitungsverfahren eingesetzt werden, die bei Bedarf auf das in einer auf einem an Bord des Flugzeuges befindlichen Server befindliche Datenbank 14 hinterlegte Grundmuster 9 zu rückgreifen können. Die Bilderfassungseinheit 12 und der Ser ver mit der Datenbank 14 sind dazu drahtlos miteinander ver- bunden . In der Datenbank 14 ist weiterhin eine Zuordnung von Textur elemente 8 zu den jeweiligen Objekten 4, in diesem Fall den einzelnen Flugzeugsitzen 4, enthalten, wobei neben der unmit telbaren Zuordnung auch noch Informationen über die Position der einzelnen Objekte 4 innerhalb der Flugzeugkabine 2 sowie Computermodelle der einzelnen Objekte 4 in der Datenbank 14 hinterlegt sind.

Durch die unmittelbare Zuordnung von den identifizierten Tex turelementen 8 zu den einzelnen Objekten 4 lassen sich Letzte- re ebenfalls eindeutig identifizieren. Anhand des mit dem identifizierten Objekt 4 jeweils verknüpften Computermodells lässt sich über kantenbasiertes Modelltracking die relative Position der Bilderfassungseinheit 12 gegenüber dem identifi zierten Objekt 4 ermitteln. Da weiterhin die Position des identifizierten Objektes 4 innerhalb der Flugzeugkabine 2 be kannt ist, kann die absolute Position der Bilderfassungsein heit 12 in der Flugzeugkabine 2 ermittelt werden.

Aufgrund der so eindeutig ermittelten Position der Bilderfas sungseinheit 12 wird das von der von dem Digitalkameramodul aufgenommene Bild vor der Anzeige auf dem Bildschirm 13 durch zusätzliche Informationen ergänzt. Im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel wird dabei einer der Passagiersitze 4 eingefärbt und zusätzlich Informationen über eine Beschädigung an eben diesem Sitz eingeblendet.