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WO2011076200A1 - Optical marker and object detecting device - Google Patents

Optical marker and object detecting device Download PDF

Info

Publication number
WO2011076200A1
WO2011076200A1 PCT/DE2010/075157 DE2010075157W WO2011076200A1 WO 2011076200 A1 WO2011076200 A1 WO 2011076200A1 DE 2010075157 W DE2010075157 W DE 2010075157W WO 2011076200 A1 WO2011076200 A1 WO 2011076200A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
marker
layer
reflection layer
optical marker
detection device
Prior art date
Application number
PCT/DE2010/075157
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Haubner
Manuel Pabst
Original Assignee
Krauss-Maffei Wegmann Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krauss-Maffei Wegmann Gmbh & Co. Kg filed Critical Krauss-Maffei Wegmann Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2011076200A1 publication Critical patent/WO2011076200A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/06009Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with optically detectable marking
    • G06K19/06046Constructional details

Definitions

  • the invention relates to an optical marker having a code pattern of differently reflecting surfaces and to an object detection device having an image capture device and an optical marker.
  • the optical marker can be used as part of a tracking or tracing method.
  • the marker is attached to an object, whereby it is recognizable, for example, in terms of nature, position and movement for an image capture system.
  • the optical marker can also be used in augmented reality systems.
  • Augmented Reality systems use virtual, computer-based begat image content superimposed inserted into real image content. Tracing methods can also be used for positionally superimposing 3D contents with reality.
  • a camera can record the reality, in which case the position and orientation of the camera relative to the object or in space can be determined, for example, by means of the optical markers visible in the scene.
  • the optical markers can thus be used to be arranged on individual objects, thus making the marked object detectable.
  • the marker and the corresponding code pattern By means of the marker and the corresponding code pattern, the type, the position and / or the orientation of the marked object in space can be detected.
  • the position in the orientation of the image capture device in space can also be detected if the mark is arranged on a still object in space at a predetermined position.
  • the code pattern on the marker may, for example, represent an identification code which is coded, for example, via a matrix code.
  • the optical marker tracking system detects these optical markers in the image data stream provided by the camera and calculates the position and rotation (pose) of the camera relative to the markers. Each marker can form its own coordinate system. Later, virtually generated 2D or 3D geometries can be bound to these coordinate systems.
  • Markers which carry a geometric code pattern, for example a checkerboard-like pattern or other geometric shapes, for example crosses.
  • the flat markers for example made of paper, have two differently reflecting surfaces, whereby the code pattern is formed. As a rule, this is a distinction by color, often with a black and white combination of the code pattern.
  • DE 10 2004 046 144 A1 describes an augmented reality system in which a space is detected by means of a camera, wherein a flat marker with a geometric code pattern (cross) with differently reflecting surfaces is arranged on a wall as the object of the room to be detected ,
  • the optical marker according to the invention has a reflection layer over which lies a masking layer which has recesses for generating the code pattern.
  • the recognizability of the marker can be increased since the individual layers can be formed from different materials with different reflection properties.
  • the preparation of the marker can be carried out in a simple manner, since the layers need only be arranged one above the other, for example by gluing.
  • the reflective layer comprises a retroreflective sheet, in particular a retroreflective sheet.
  • a retroreflective sheet reflects incident light substantially in the direction from which it has fallen. This is advantageous so that a light source can be arranged in the spatial vicinity of an image capture device with a coupled light source, so that the image capture device recognizes a bright reflection layer. Thus, most of the light reflected from the retroreflective sheet is directed back to the image capture device where a high-contrast image can be captured.
  • a retroreflective film is described, for example, in DE 696 28 766 T2.
  • the reflective layer comprises an infrared (IR) filter which is substantially impermeable in the visible region and transmissive in the infrared region.
  • IR infrared
  • the infrared filter can preferably have a foil-shaped, in particular shiny, design.
  • the reflective layer comprises a retroreflective sheet and an IR filter with the IR filter disposed between the masking layer and the retroreflective sheet.
  • the retroreflective sheet is not perceived by a viewer because the visible Light from the IR filter is not transmitted.
  • the retroreflective layer is detectable.
  • the masking layer should therefore reflect less light in the evaluated region, in particular in the IR region, than the reflection layer.
  • the masking layer has a matte surface, so that the recognizability of the markers can be increased even under difficult lighting conditions with interfering light sources.
  • the mask of the matt material can thus cover the reflective reflective layer, which is particularly advantageous if a retroreflective layer and / or an infrared filter layer are used, since the latter is usually reflective or shiny, so that the matte masking can be achieved an increased contrast. As a result, less light is reflected by the masking layer than by the reflection layer, whereby the code pattern is generated.
  • the preferred structure can achieve increased visibility, since, for example, it can be prevented that reflections of a disturbing light source render the pattern unreadable: the matt material of the masking layer can hardly mirror, so that the interfering light source can not exert any influence here.
  • the retroreflective layer on the other hand, a maximum brightness is achieved anyway, so that possible disturbing reflections of a light source in the retroreflection are lost.
  • the two layers have the same color in the visible range. It is particularly advantageous if the masking layer and the reflection layer are gray and / or black. As a result of that the two layers have the same color, the code pattern in the visible region is essentially not visible. The code pattern of the marker which disturbs the impression of an object can thus be avoided.
  • the marker is preferably monochromatic.
  • the reflective layer can be carried by a carrier layer.
  • the marker can be arranged for example by means of an adhesive to an object.
  • the carrier layer can be rigid or flexible.
  • An object detection device has an image capture device, for example a camera, and an already described optical marker, which can be arranged on an object to be detected.
  • the image capture device comprises an infrared camera (IR camera).
  • the object detection device further comprises an infrared radiator (IR radiator).
  • the infrared radiator is arranged to the image capture device such that it radiates substantially in the direction of the viewing direction of the image capture device.
  • This can be achieved in an advantageous manner in that the infrared emitter is coupled to the image capture device, in particular rigidly coupled, wherein it can be arranged for example directly on the image capture device.
  • An inventive augmented reality system has an object detection device already described, a computer for generating the virtual image contents of the augmented reality and a display device, in particular a monitor.
  • the computer can in this case be connected to the image acquisition device.
  • the optical marker can thus be used according to the invention for an augmented reality system.
  • Fig. 1 an optical marker
  • FIG. 2 shows the optical marker according to FIG. 1 in an exploded view
  • 3 shows an object detection device.
  • FIGS. 1 and 2 show an optical marker 1 with a geometric code pattern C.
  • the marker 1 has a substantially planar design.
  • FIG. 2 shows the plate-shaped marker 1 in an exploded view. It comprises a carrier layer 2 made of a flexible material, for example plastic. On the carrier layer 2, a film-shaped, retroreflective layer 3 is arranged.
  • an IR filter foil 4 is arranged, which consists of a black, glossy material.
  • the infra-red filter sheet is transmissive to infrared light, but substantially impermeable in the visible range, so that a viewer does not recognize substantially any reflections of the retroreflective sheeting 3.
  • a masking layer 5 is arranged, which consists of a matte, black, opaque material, such as plastic or cardboard. The masking layer 5 has recesses 9, so that at the locations of the recesses 9, the reflection layer 12, consisting of infrared filter film 4 and retroreflective sheeting 3, is visible.
  • the masking layer 5 thus produces the code pattern C of the optical marker 1 via the corresponding recesses 9.
  • the code pattern C may for example be cut out or punched out of the masking layer 5.
  • the masking layer 5 does not extend to the edge 6 of the optical marker 1, so that in the edge region 6 of the optical marker 1, in turn, the reflection layer 12 is visible and thus part of the code pattern C.
  • FIG. 3 shows an object detection device with an infrared camera 7, which is arranged on a stand 11. Coupled to the camera 7 is an infrared radiator 8, which radiates essentially in the direction of the viewing direction of the image capture device 7.
  • the infrared camera 7 picks up an object 10 to be detected, on which an optical marker 1 of the type already described is arranged.
  • the optical marker 1 is consistently black or gray, so that it can be integrated, for example, on a black surface of the object 10 without impairing the visual impression of the object 10.
  • the code pattern C is visible, so that the object 10 can be detected and tracked.
  • the type of object 10 can be determined via the marker 1.
  • the position, orientation and movement of the object 10 relative to the camera 7 can be detected.
  • the optical marker can thus be used in augmented reality systems, in which a virtual reality and the reality are combined and partially overlaid.
  • augmented reality systems in which a virtual reality and the reality are combined and partially overlaid.
  • One way of merging real and virtual image data is described, for example, in US Pat. No. 6,166,744.
  • a tracking method is further described in DE 10 2007 060 263 A1.
  • a computer 13 is connected to detect the marker and to generate the augmented reality, to which a monitor 14 is connected to display the augmented reality.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to an optical marker (1), in particular of an augmented reality system, having a code pattern made of differently reflecting surfaces comprising a reflective layer (12), above which a masking layer (5) is located, which has cut-outs (9) for generating the code pattern. The invention also relates to an object detecting device comprising an image acquisition unit and an optical marker (1) of said type. The reflective layer (12) may comprise a retroreflective coating (3) and/or an IR filter film (4).

Description

Optischer Marker sowie Objekterfassungsvorrichtung  Optical marker and object detection device
Die Erfindung betrifft einen optischen Marker mit einem Codemuster aus un- terschiedlich reflektierenden Flächen sowie eine Objekterfassungsvorrichtung mit einer Bilderfassungseinrichtung und einem optischen Marker. The invention relates to an optical marker having a code pattern of differently reflecting surfaces and to an object detection device having an image capture device and an optical marker.
Der optische Marker kann im Rahmen eines Tracking- oder Tracing-Verfahrens Einsatz finden. Hierbei wird der Marker an einem Objekt befestigt, wodurch er beispielsweise hinsichtlich Art, Position und Bewegung für ein Bilderfassungssystem erkennbar ist. The optical marker can be used as part of a tracking or tracing method. Here, the marker is attached to an object, whereby it is recognizable, for example, in terms of nature, position and movement for an image capture system.
Der optische Marker kann auch bei Augmented Reality Systemen verwendet werden. Bei Augmented Reality Systemen werden virtuelle, am Computer er- zeugte Bildinhalte in reale Bildinhalte überlagernd eingefügt. Hierbei können zur lagegerechten Überlagerung von 3D-lnhalten mit der Realität auch Trak- king- Verfahren eingesetzt werden. Eine Kamera kann hierzu ein Bild die Realität aufnehmen, wobei dann zum Beispiel anhand der optischen, in der Szene sichtbaren Marker die Position und die Orientierung der Kamera zum Objekt bzw. im Raum ermittelbar sind. The optical marker can also be used in augmented reality systems. Augmented Reality systems use virtual, computer-based begat image content superimposed inserted into real image content. Tracing methods can also be used for positionally superimposing 3D contents with reality. For this purpose, a camera can record the reality, in which case the position and orientation of the camera relative to the object or in space can be determined, for example, by means of the optical markers visible in the scene.
Die optischen Marker können folglich dazu verwendet werden, an einzelnen Objekten angeordnet zu werden, um somit das markierte Objekt erfassbar zu machen. Durch den Marker und das entsprechende Codemuster kann die Art, die Position und/oder die Orientierung des markierten Objektes im Raum erfasst werden. In analoger Weise kann auch die Position in die Orientierung der Bilderfassungsvorrichtung im Raum erfasst werden, wenn der Marken an einem unbewegten Objekt im Raum an einer vorgegebenen Position angeordnet ist. The optical markers can thus be used to be arranged on individual objects, thus making the marked object detectable. By means of the marker and the corresponding code pattern, the type, the position and / or the orientation of the marked object in space can be detected. In an analogous manner, the position in the orientation of the image capture device in space can also be detected if the mark is arranged on a still object in space at a predetermined position.
Das Codemuster auf dem Marker kann beispielsweise einen Identifizierungscode darstellen, der beispielsweise über einen Matrixcode codiert ist. Das optische Marker-Tracking-System erkennt in dem von der Kamera bereitgestellten Bilddatenstrom diese optischen Marker und berechnet die Position und Rotati- on (Pose) der Kamera relativ zu den Markern. Jeder Marker kann hierbei ein eigenes Koordinatensystem bilden. An diese Koordinatensysteme können später virtuell erzeugte 2D- oder 3D-Geometrien gebunden werden. The code pattern on the marker may, for example, represent an identification code which is coded, for example, via a matrix code. The optical marker tracking system detects these optical markers in the image data stream provided by the camera and calculates the position and rotation (pose) of the camera relative to the markers. Each marker can form its own coordinate system. Later, virtually generated 2D or 3D geometries can be bound to these coordinate systems.
Es sind Marker bekannt, die ein geometrisches Codemuster tragen, beispiels- weise ein schachbrettartiges Muster oder sonstige geometrische Formen, beispielsweise Kreuze. Die flächigen Marker, beispielsweise hergestellt aus Papier, weisen zwei unterschiedlich reflektierende Flächen auf, wodurch das Codemuster gebildet wird. In der Regel erfolgt hierbei eine Unterscheidung nach der Farbe, wobei häufig eine Schwarz-Weiß-Kombination des Codemusters vorhanden ist. Markers are known which carry a geometric code pattern, for example a checkerboard-like pattern or other geometric shapes, for example crosses. The flat markers, for example made of paper, have two differently reflecting surfaces, whereby the code pattern is formed. As a rule, this is a distinction by color, often with a black and white combination of the code pattern.
Die DE 10 2004 046 144 A1 beschreibt ein Augmented-Reality-System bei dem mittels einer Kamera ein Raum erfasst wird, wobei an einer Wand als zu erfassendes Objekt des Raumes ein flächiger Marker mit einem geometrischen Codemuster (Kreuz) mit unterschiedlich reflektierenden Flächen angeordnet ist. DE 10 2004 046 144 A1 describes an augmented reality system in which a space is detected by means of a camera, wherein a flat marker with a geometric code pattern (cross) with differently reflecting surfaces is arranged on a wall as the object of the room to be detected ,
Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen optischen Marker mit einer hohen Er- kennbarkeit bei einfachem Herstellungsverfahren bereitzustellen. It is an object of the invention to provide an optical marker with a high level of recognizability in a simple production process.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil der abhängigen Ansprüche. Der erfindungsgemäße optische Marker weist eine Reflexionsschicht auf, über der eine Maskierungsschicht liegt, die Ausnehmungen zur Erzeugung des Codemusters aufweist. The invention solves the problem with the features of claim 1. Advantageous developments are part of the dependent claims. The optical marker according to the invention has a reflection layer over which lies a masking layer which has recesses for generating the code pattern.
Durch den mehrschichtigen Aufbau kann die Erkennbarkeit des Markers erhöht werden, da die einzelnen Schichten aus unterschiedlichen Materialen mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften gebildet werden können. Zugleich kann die Herstellung des Markers in einfacher Weise erfolgen, da die Schichten lediglich übereinander angeordnet werden müssen, beispielsweise durch Klebung. Due to the multi-layer structure, the recognizability of the marker can be increased since the individual layers can be formed from different materials with different reflection properties. At the same time, the preparation of the marker can be carried out in a simple manner, since the layers need only be arranged one above the other, for example by gluing.
Zur Erzeugung des Codemusters dient die Maskierungsschicht, die mit Ausnehmungen versehen ist, damit die darunter liegende Reflexionsschicht nach außen sichtbar wird. Bevorzugt umfasst die Reflexionsschicht eine retroreflektierende Lage, insbesondere eine retroreflektierende Folie. Eine solche retroreflektierende Lage reflektiert einfallendes Licht im Wesentlichen in die Richtung, aus der es eingefallen ist. Dies ist von Vorteil, damit eine Lichtquelle in räumlicher Nähe einer Bilderfassungseinrichtung mit einer gekoppelten Lichtquelle angeordnet werden kann, so dass die Bilderfassungseinrichtung eine helle Reflexionsschicht erkennt. Somit wird der meiste Teil des von der retroreflektierenden Lage reflektierten Lichtes zurück zur Bilderfassungseinrichtung gelenkt, wo ein kontrastreiches Bild aufgenommen werden kann. Eine retroreflektierende Fo- lie wird beispielsweise in der DE 696 28 766 T2 beschrieben. To generate the code pattern is the masking layer, which is provided with recesses so that the underlying reflective layer is visible to the outside. Preferably, the reflective layer comprises a retroreflective sheet, in particular a retroreflective sheet. Such a retroreflective sheet reflects incident light substantially in the direction from which it has fallen. This is advantageous so that a light source can be arranged in the spatial vicinity of an image capture device with a coupled light source, so that the image capture device recognizes a bright reflection layer. Thus, most of the light reflected from the retroreflective sheet is directed back to the image capture device where a high-contrast image can be captured. A retroreflective film is described, for example, in DE 696 28 766 T2.
Weiterhin bevorzugt umfasst die Reflexionsschicht ein Infrarot- Filter (IR- Filter), welcher im Wesentlichen im sichtbaren Bereich undurchlässig und im infraroten Bereich durchlässig ist. Das Infrarot-Filter kann vorzugsweise folien- förmig, insbesondere glänzend, ausgestaltet sein. Further preferably, the reflective layer comprises an infrared (IR) filter which is substantially impermeable in the visible region and transmissive in the infrared region. The infrared filter can preferably have a foil-shaped, in particular shiny, design.
Bei Verwendung eines Infrarot-Filters bietet es sich an, auch eine Bilderfassungseinrichtung im infraroten Bereich zu verwenden, beispielsweise eine Infrarot-Kamera. Hierbei besteht der Vorteil, dass das Objekt und der Marker nicht im sichtbaren Bereich sondern nur im infraroten Bereich ausgeleuchtet werden müssen. Hierdurch kann eine Unabhängigkeit vom Umgebungslicht und von im sichtbaren Bereich strahlenden, gegebenenfalls störenden Lichtquellen erreicht werden. Besonders bevorzugt umfasst die Reflexionsschicht eine retroreflektierende Lage und ein IR-Filter, wobei das IR-Filter zwischen der Maskierungsschicht und der retroreflektierenden Lage angeordnet ist. Somit wird die retroreflektierende Lage von einem Betrachter nicht wahrgenommen, da das sichtbare Licht von dem IR-Filter nicht durchgelassen wird. Für eine Infrarot-Kamera jedoch ist die retroreflektierende Lage erfassbar. When using an infrared filter, it makes sense to use an image capture device in the infrared range, such as an infrared camera. The advantage here is that the object and the marker need not be illuminated in the visible range but only in the infrared range. As a result, an independence from the ambient light and from radiating in the visible range, possibly interfering light sources can be achieved. Most preferably, the reflective layer comprises a retroreflective sheet and an IR filter with the IR filter disposed between the masking layer and the retroreflective sheet. Thus, the retroreflective sheet is not perceived by a viewer because the visible Light from the IR filter is not transmitted. For an infrared camera, however, the retroreflective layer is detectable.
Zur Erhöhung der Erkennbarkeit sollte somit die Maskierungsschicht im ausge- werteten Bereich, insbesondere im IR-Bereich, weniger Licht reflektieren, als die Reflexionsschicht. Besonders bevorzugt weist die Maskierungsschicht eine matte Oberfläche auf, so dass die Erkennbarkeit der Marker auch unter schwierigen Lichtbedingungen mit störenden Lichtquellen erhöht werden kann. Die Maske aus dem matten Material kann somit die reflektierende Reflexionsschicht verdecken, wobei dies insbesondere dann von Vorteil ist, wenn eine retroreflektierende Lage und/oder eine Infrarot-Filter-Lage verwendet werden, da auch letztere üblicherweise spiegelnd bzw. glänzend ist, so dass durch die matte Maskierung ein erhöhter Kontrast erreicht werden kann. Von der Maskierungsschicht wird dadurch weniger Licht zurückgeworfen als von der Reflexionsschicht, wodurch das Codemuster erzeugt wird. To increase the detectability, the masking layer should therefore reflect less light in the evaluated region, in particular in the IR region, than the reflection layer. Particularly preferably, the masking layer has a matte surface, so that the recognizability of the markers can be increased even under difficult lighting conditions with interfering light sources. The mask of the matt material can thus cover the reflective reflective layer, which is particularly advantageous if a retroreflective layer and / or an infrared filter layer are used, since the latter is usually reflective or shiny, so that the matte masking can be achieved an increased contrast. As a result, less light is reflected by the masking layer than by the reflection layer, whereby the code pattern is generated.
Der bevorzugte Aufbau kann eine erhöhte Erkennbarkeit erreichen, da beispielsweise verhindert werden kann, dass Reflexionen einer störenden Licht- quelle das Muster unlesbar machen: Das matte Material der Maskierungsschicht kann kaum spiegeln, so dass die störende Lichtquelle hier keinen Einfluss entfalten kann. Bei der retroreflektierenden Schicht hingegen wird ohnehin eine maximale Helligkeit erreicht, so dass mögliche störende Spiegelungen einer Lichtquelle in der Retroreflexion untergehen. The preferred structure can achieve increased visibility, since, for example, it can be prevented that reflections of a disturbing light source render the pattern unreadable: the matt material of the masking layer can hardly mirror, so that the interfering light source can not exert any influence here. In the case of the retroreflective layer, on the other hand, a maximum brightness is achieved anyway, so that possible disturbing reflections of a light source in the retroreflection are lost.
Durch die geeignete Auswahl von Reflexionsschicht und Maskierungsschicht kann erreicht werden, dass die beiden Schichten im sichtbaren Bereich die gleiche Farbe aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Maskierungsschicht und die Reflexionsschicht grau und/oder schwarz sind. Dadurch, dass die beiden Schichten die gleiche Farbe aufweisen, ist das Codemuster im sichtbaren Bereich im Wesentlichen nicht erkennbar. Das den Eindruck eines Objektes störende Codemuster des Markers kann somit vermieden werden. Bevorzugt ist der Marker einfarbig. By suitable selection of reflection layer and masking layer, it can be achieved that the two layers have the same color in the visible range. It is particularly advantageous if the masking layer and the reflection layer are gray and / or black. As a result of that the two layers have the same color, the code pattern in the visible region is essentially not visible. The code pattern of the marker which disturbs the impression of an object can thus be avoided. The marker is preferably monochromatic.
Somit wird durch den bevorzugten Marker das Erscheinungsbild des getrackten Objektes kaum beeinträchtigt. Es entsteht keine optische Unruhe durch das unübliche Erkennungsmuster des Markers. Zur Erlangung einer ausreichenden Stabilität des Markers kann die Reflexionsschicht von einer Trägerschicht getragen werden. Über die Trägerschicht kann der Marker beispielsweise mittels eines Klebers an einem Objekt angeordnet werden. Die Trägerschicht kann starr oder flexibel ausgestaltet sein. Eine erfindungsgemäße Objekterfassungsvorrichtung weist eine Bilderfassungseinrichtung, beispielsweise eine Kamera, und einen bereits beschriebenen optischen Marker auf, der an einem zu erfassenden Objekt angeordnet werden kann. Besonders bevorzugt umfasst die Bilderfassungseinrichtung eine Infrarot- Kamera (IR-Kamera). Weiterhin bevorzugt umfasst die Objekterfassungsvorrichtung ferner einen Infrarot-Strahler (IR-Strahler). Besonders bevorzugt ist der Infrarot-Strahler derart zu der Bilderfassungseinrichtung angeordnet, dass er im Wesentlichen in Richtung der Blickrichtung der Bilderfassungseinrichtung strahlt. Dies kann in vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, dass der Infrarot-Strahler mit der Bilderfassungseinrichtung gekoppelt, insbesondere starr gekoppelt ist, wobei er beispielsweise direkt an der Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein kann. Ein erfindungsgemäßes Augmented Reality System weist eine bereits beschriebene Objekterfassungsvorrichtung, einen Rechner zur Erzeugung der virtuellen Bildinhalte der Augmented Reality sowie eine Anzeigevorrichtung, insbesondere einen Monitor, auf. Der Rechner kann hierbei mit der Bilderfassungseinrich- tung verbunden sein. Der optische Marker kann somit erfindungsgemäß für ein Augmented Reality System verwendet werden. Thus, the appearance of the tracked object is hardly affected by the preferred marker. There is no visual restlessness due to the unusual recognition pattern of the marker. To obtain sufficient stability of the marker, the reflective layer can be carried by a carrier layer. About the carrier layer, the marker can be arranged for example by means of an adhesive to an object. The carrier layer can be rigid or flexible. An object detection device according to the invention has an image capture device, for example a camera, and an already described optical marker, which can be arranged on an object to be detected. Particularly preferably, the image capture device comprises an infrared camera (IR camera). Further preferably, the object detection device further comprises an infrared radiator (IR radiator). Particularly preferably, the infrared radiator is arranged to the image capture device such that it radiates substantially in the direction of the viewing direction of the image capture device. This can be achieved in an advantageous manner in that the infrared emitter is coupled to the image capture device, in particular rigidly coupled, wherein it can be arranged for example directly on the image capture device. An inventive augmented reality system has an object detection device already described, a computer for generating the virtual image contents of the augmented reality and a display device, in particular a monitor. The computer can in this case be connected to the image acquisition device. The optical marker can thus be used according to the invention for an augmented reality system.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben. Es zeigen: A preferred embodiment of the invention will be described with reference to Figures 1 to 3. Show it:
Fig. 1 einen optischen Marker; Fig. 1 an optical marker;
Fig. 2 den optischen Marker nach Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung;  FIG. 2 shows the optical marker according to FIG. 1 in an exploded view; FIG.
und  and
Fig. 3 eine Objekterfassungsvorrichtung.  3 shows an object detection device.
Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen optischen Marker 1 mit einem geometrischen Codemuster C. Der Marker 1 ist im Wesentlichen flächig ausgestaltet. FIGS. 1 and 2 show an optical marker 1 with a geometric code pattern C. The marker 1 has a substantially planar design.
Die Fig. 2 zeigt den plattenförmigen Marker 1 in einer Explosionsdarstellung. Er umfasst eine Trägerschicht 2 aus einem flexiblen Material, beispielsweise Kunststoff. Auf der Trägerschicht 2 ist eine folienförmige, retroreflektierende Schicht 3 angeordnet. 2 shows the plate-shaped marker 1 in an exploded view. It comprises a carrier layer 2 made of a flexible material, for example plastic. On the carrier layer 2, a film-shaped, retroreflective layer 3 is arranged.
Auf der passiven, retroreflektierenden Folie 3 ist eine IR-Filterfolie 4 angeord- net, die aus einem schwarzen, glänzenden Material besteht. Die Infrarot- Filterfolie ist durchlässig für infrarotes Licht, jedoch im Wesentlichen undurchlässig im sichtbaren Bereich, so dass ein Betrachter im Wesentlichen keine Reflexionen der retroreflektierenden Folie 3 erkennt. Auf der Infrarot-Filterfolie 4 ist eine Maskierungsschicht 5 angeordnet, die aus einem matten, schwarzen, lichtundurchlässigen Material, beispielsweise Kunststoff oder Pappe, besteht. Die Maskierungsschicht 5 weist Ausnehmungen 9 auf, so dass an den Stellen der Ausnehmungen 9 die Reflexionsschicht 12, bestehend aus Infrarot- Filterfolie 4 und retroreflektierender Folie 3, sichtbar ist. On the passive, retroreflective sheeting 3, an IR filter foil 4 is arranged, which consists of a black, glossy material. The infra-red filter sheet is transmissive to infrared light, but substantially impermeable in the visible range, so that a viewer does not recognize substantially any reflections of the retroreflective sheeting 3. On the infrared filter film 4, a masking layer 5 is arranged, which consists of a matte, black, opaque material, such as plastic or cardboard. The masking layer 5 has recesses 9, so that at the locations of the recesses 9, the reflection layer 12, consisting of infrared filter film 4 and retroreflective sheeting 3, is visible.
Durch die Maskierungsschicht 5 entsteht somit über die entsprechenden Aus- nehmungen 9 das Codemuster C des optischen Markers 1 . Das Codemuster C kann beispielsweise aus der Maskierungsschicht 5 ausgeschnitten oder ausgestanzt sein. The masking layer 5 thus produces the code pattern C of the optical marker 1 via the corresponding recesses 9. The code pattern C may for example be cut out or punched out of the masking layer 5.
Die Maskierungsschicht 5 erstreckt sich nicht bis zum Rand 6 des optischen Markers 1 , so dass im Randbereich 6 des optischen Markers 1 wiederum die Reflexionsschicht 12 sichtbar und somit Teil des Codemusters C ist. The masking layer 5 does not extend to the edge 6 of the optical marker 1, so that in the edge region 6 of the optical marker 1, in turn, the reflection layer 12 is visible and thus part of the code pattern C.
Die Fig. 3 zeigt eine Objekterfassungsvorrichtung mit einer Infrarot-Kamera 7, die auf einem Stativ 1 1 angeordnet ist. Mit der Kamera 7 gekoppelt ist ein In- frarot-Strahler 8, der im Wesentlichen in Richtung der Blickrichtung der Bilderfassungseinrichtung 7 strahlt. Die Infrarot-Kamera 7 nimmt ein zu erfassendes Objekt 10 auf, an dem ein optischer Marker 1 der bereits beschriebenen Art angeordnet ist. Im sichtbaren Bereich wirkt der optische Marker 1 durchgängig schwarz oder grau, so dass er sich beispielsweise an eine schwarze Oberfläche des Objektes 10 ohne Beeinträchtigung des optischen Eindruckes des Objektes 10 integrieren lässt. Im infraroten Bereich allerdings ist das Codemuster C sichtbar, so dass das Objekt 10 erfasst und getrackt werden kann. Über den Marker 1 kann beispielsweise die Art des Objektes 10 ermittelt werden. Ferner kann die Position, Orientierung und Bewegung des Objektes 10 relativ zur Kamera 7 erfasst werden. 3 shows an object detection device with an infrared camera 7, which is arranged on a stand 11. Coupled to the camera 7 is an infrared radiator 8, which radiates essentially in the direction of the viewing direction of the image capture device 7. The infrared camera 7 picks up an object 10 to be detected, on which an optical marker 1 of the type already described is arranged. In the visible range, the optical marker 1 is consistently black or gray, so that it can be integrated, for example, on a black surface of the object 10 without impairing the visual impression of the object 10. In the infrared range, however, the code pattern C is visible, so that the object 10 can be detected and tracked. For example, the type of object 10 can be determined via the marker 1. Furthermore, the position, orientation and movement of the object 10 relative to the camera 7 can be detected.
Der optische Marker kann somit in Augmented Reality Systemen (engl. : Erweiterte Realität) Einsatz finden, bei der eine virtuelle Realität und die Realität miteinander kombiniert und teilweise überlagert werden. Eine Möglichkeit der Zusammenführung von realen und virtuellen Bilddaten wird beispielsweise in der US 6, 166,744 beschrieben. Ein Tracking- Verfahren wird ferner in der DE 10 2007 060 263 A1 beschrieben. The optical marker can thus be used in augmented reality systems, in which a virtual reality and the reality are combined and partially overlaid. One way of merging real and virtual image data is described, for example, in US Pat. No. 6,166,744. A tracking method is further described in DE 10 2007 060 263 A1.
An die Bilderfassungseinrichtung 7 ist zur Erfassung des Markers und zur Erzeugung der Augmented Reality ein Rechner 13 angeschlossen, an den ein Monitor 14 zur Anzeige der Augmented Reality angeschlossen ist. To the image capture device 7, a computer 13 is connected to detect the marker and to generate the augmented reality, to which a monitor 14 is connected to display the augmented reality.
Bezugszeichen: Reference numerals:
1 optischer Marker 1 optical marker
2 Trägerschicht  2 carrier layer
3 retroreflektierende Schicht 3 retroreflective layer
4 Infrarot-Filter 4 infrared filters
5 Maskierungsschicht  5 masking layer
6 Rand des Markers  6 edge of the marker
7 Infrarot-Kamera  7 infrared camera
8 Infrarot-Strahler  8 infrared emitters
9 Ausnehmung  9 recess
10 Objekt  10 object
1 1 Stativ  1 1 tripod
12 Reflexionsschicht  12 reflection layer
13 Rechner  13 computers
14 Monitor  14 monitor

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1 . Optischer Marker mit einem Codemuster (C) aus unterschiedlich reflektierenden Flächen, gekennzeichnet durch eine Reflexionsschicht (12), über der eine Maskierungsschicht (5) liegt, die Ausnehmungen (9) zur Erzeugung des Codemusters (C) aufweist. 1 . Optical marker with a code pattern (C) made of differently reflecting surfaces, characterized by a reflection layer (12), over which lies a masking layer (5) which has recesses (9) for generating the code pattern (C).
2. Marker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (12) eine retroreflektierende Lage (3) umfasst. 2. Marker according to claim 1, characterized in that the reflection layer (12) comprises a retroreflective layer (3).
3. Marker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (12) ein IR-Filter (4) umfasst. 3. Marker according to claim 1 or 2, characterized in that the reflection layer (12) comprises an IR filter (4).
4. Marker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das IR-Filter (4) folienförmig, insbesondere glänzend, ausgestaltet ist. 4. Marker according to claim 3, characterized in that the IR filter (4) is designed in the form of a film, in particular shiny.
5. Marker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungsschicht (5) im sichtbaren Bereich weniger Licht reflektiert als die Reflexionsschicht (12). 5. Marker according to one of the preceding claims, characterized in that the masking layer (5) reflects less light in the visible range than the reflection layer (12).
6. Marker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungsschicht (5) eine matte Oberfläche aufweist. 6. Marker according to one of the preceding claims, characterized in that the masking layer (5) has a matt surface.
7. Marker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die Reflexionsschicht (12) die gleiche Farbe aufweist wie die7. Marker according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection layer (12) has the same color as the
Maskierungsschicht (5). masking layer (5).
8. Marker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungsschicht (5) und die Reflexionsschicht (12) grau und/oder schwarz sind. 8. Marker according to claim 7, characterized in that the masking layer (5) and the reflection layer (12) are gray and / or black.
9. Marker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (12) von einer Trägerschicht (2) getragen wird. 9. Marker according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection layer (12) is supported by a carrier layer (2).
10. Objekterfassungsvorrichtung mit einer Bilderfassungseinrichtung (7) und einem optischen Marker (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Anordnung an einem zu erfassenden Objekt (10). 10. Object detection device with an image capture device (7) and an optical marker (1) according to one of the preceding claims for arrangement on an object (10) to be detected.
11 . Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinrichtung eine IR- amera (7) umfasst. 11. Object detection device according to claim 10, characterized in that the image capture device comprises an IR camera (7).
12. Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , gekennzeichnet durch einen IR-Strahler (8). 12. Object detection device according to claim 10 or 1 1, characterized by an IR emitter (8).
13. Objekterfassungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der I -Strahler (8) im Wesentlichen in Richtung der Blickrichtung der Bilderfassungseinrichtung (7) strahlt. 13. Object detection device according to claim 12, characterized in that the I radiator (8) radiates essentially in the direction of the viewing direction of the image capture device (7).
Augmented Reality System, gekennzeichnet durch eine Objekterfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, einen Rechner (13) zur Erzeugung von virtuellen Bildinhalten der Augmented Reality sowie eine Anzeigevorrichtung, insbesondere ein Monitor Augmented reality system, characterized by an object detection device according to one of claims 10 to 13, a computer (13) for generating virtual image content of augmented reality and a display device, in particular a monitor
(14). (14).
15. Verwendung eines optischen Markers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für ein Augmented Reality System. 15. Use of an optical marker according to one of claims 1 to 9 for an augmented reality system.
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