Kalibrierung und resultierende Genauigkeit eines Mixed Reality-Systems mit mechanischem Tracking

verfasst von

Björn Bliese, Oliver Geißel, Jan Philipp Kobler

Abstract

Seit Einführung der hybriden Entwicklungsplattform Mixed Mock-Up steht Mixed Reality (MR) bei Mercedes-Benz Cars jedem Fahrzeugprojekt als Absicherungs- und Festlegungswerkzeug zur Verfügung. Um die bei MR-Untersuchungen im Werkstattumfeld notwendige Robustheit und Genauigkeit sicherzustellen, wird ein Video See-Through-System mit mechanischem Tracking mittels eines Mehrgelenkmessarmes eingesetzt. Als besonders kritisch erweisen sich dabei die Bestimmung der Abbildungseigenschaften der Kamera sowie die Ermittlung der Kameralage (Position und Orientierung) bezüglich des Endeffektors. Es wird ein durchgängiger Ansatz für die Kalibrierung von Mixed Reality-Systemen mit mechanischem Tracking vorgestellt. Die Bestimmung der Abbildungseigenschaften basiert im Kern auf dem bekannten Algorithmus von Zhang. Zur Bestimmung der Kameralage bezüglich des Endeffektors wird eine Methode vorgestellt, welche eine explizite Bestimmung der gesuchten Parameter bereits anhand einer einzigen Aufnahme eines Kalibriermusters ermöglicht. Die beiden Kalibrierschritte werden durch ein übergeordnetes Konzept zur Nutzerführung sowie zur Bestimmung der resultierenden Genauigkeit des Gesamtsystems ergänzt. Dadurch wird eine fehlerhafte Kalibrierung ausgeschlossen, sodass bei Soll-/Ist-Vergleichen beobachtete Abweichungen eindeutig auf geometrische Unterschiede zwischen realen und virtuellen Objekten zurückführbar sind. Die Gesamtsystemgenauigkeit lässt sich sowohl im diskreten Sensorkoordinatensystem der Kamera wie auch im metrischen Modellkoordinatensystem des eingesetzten Kalibriermusters bestimmen. Die dazu eingesetzte Kalibrierplatte wurde bei dem dieser Arbeit zu Grunde liegenden Prototypen mithilfe des Messarmes und einer Messspitze vermessen. Für den Serieneinsatz empfiehlt sich jedoch eine hochgenaue optische Vermessung der Position des Modellkoordinatensystems des Schachbrettes im Koordinatensystem der Plattenbohrungen. Es ist davon auszugehen, dass die Bestimmung der Kameralage bezüglich des Endeffektors hierdurch mit einer deutlich geringeren Standardabweichung möglich ist, und dass sich auch die erreichbare Gesamtsystemgenauigkeit erheblich verbessert.

Organisationseinheit(en)

Institut für Mechatronische Systeme

Externe Organisation(en)

BPW Bergische Achsen KG

Typ

Aufsatz in Konferenzband

Seiten

99-110

Publikationsdatum

2013

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Peer-reviewed

Ja