Bachelorarbeit Ferdinand Maiwald
Titel der Arbeit:
Untersuchungen zur Positionsbestimmung von Kameras mit Hilfe von QR-Codes
Betreuer:
Dipl.-Ing. Marc Schulze
Beschreibung:
In der heutigen Zeit spielt die Mobilität für den Menschen eine immer größere Rolle. Die Frage, wie man von Punkt A zu Punkt B in kürzester Zeit kommt, stellt sich immer häufiger in den verschiedensten Situationen – sei es der Geschäftstermin oder der Weg zum Schwimmbad. Auch die Navigation autonomer Systeme rückt immer weiter in den Vordergrund. Autos fahren bereits jetzt, ohne dass sie eine Steuerung durch Menschenhand benötigen. So ergibt sich die Fragestellung wie sich diese Navigation in geschlossen Räumen ohne GNSS1-Empfang durchführen lässt.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Positionsbestimmung von Kameras in geschlossenen Räumen mit Hilfe des QR-Codes (siehe Abbildung 1). Die Struktur des QR-Codes sollte im theoretischen Teil verdeutlicht werden und ein Vergleich zu anderen zweidimensionalen Barcodes wurde gezogen. Anschließend wurden im praktischen Teil die minimale Auflösung zur Detektion des Codes und die Invarianzeigenschaften getestet. Weiterhin wurde in der Praxis die Position einer Kamera mit Hilfe von QR-Codes im räumlichen Rückwärtsschnitt berechnet. Es sollte beurteilt werden, ob sich der Code für die Navigation in geschlossenen Räumen eignet und wie genau Bildkoordinaten und das Kamerazentrum bestimmt werden können.
Der QR-Code besteht aus sieben verschiedenen Elementen, die vor allem der automatischen Erkennung mit des Codes dienen (siehe Abbildung 2). Außerdem besitzt der Code eine Fehlerkorrektur, so dass die Information bei teilweise beschädigten Codes noch decodiert werden kann. Der QR-Code kann maximal 4296 alphanumerische Zeichen verschlüsseln.
Zur Positionsbestimmung der Kamera aus QR-Codes gab es im Rahmen der Arbeit zwei Herangehensweisen. Im ersten Versuch wurden mehrere QR-Codes an zwei Wänden in verschieden Abständen verteilt und detektiert, wobei die Mittelpunkte (X,Y,Z) der Codes als Passpunkte für den Rückwärtsschnitt verwendet wurden (siehe Abbildung 3).
Im zweiten Versuch wurde nur ein QR-Code an einer Wand befestigt. Die gewählten Passpunkte für den Rückwärtsschnitt waren die vier Ecken des QR-Codes (siehe Abbildung 4). Die Genauigkeit des ermittelten Kamerazentrums aus einem QR-Code wurde mit Hilfe des Testfeldes am photogrammetrischen Institut bestimmt.
Die Untersuchungen ergaben, dass eine Bestimmung des Kamerazentrums sowohl aus einem als auch aus mehreren QR-Codes mit cm-Genauigkeit möglich ist. Aufgrund der Beschreibung zur Genauigkeit der Bildkoordinaten soll deutlich geworden sein, dass eine höhere Genauigkeit mit mehreren großen Codes, mehreren Punkten, einer kalibrierten Kamera und einem guten Foto realisiert werden kann.