DE102017120801A1 - Camera unit for topographical measurement of cavity systems - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Kameraeinheit für die Kanalrohrinspektion mit einer sichtbares Licht erfassenden ersten Videokamera (10), einer ein zur Vermessung des Kanalrohrs geeignetes Licht erzeugenden Lichtquelle und einer das zur Vermessung des Kanalrohrs erzeugte Licht als vom Kanalrohr reflektiertes Licht erfassenden zweiten Kamera (20, 30), gekennzeichnet durch eine die Bilddaten der ersten Videokamera (10) und die Bilddaten der zweiten Kamera (20, 30) in einen einzigen Videostrom (50) vereinigende Recheneinheit (40).

A camera unit for the sewer pipe inspection with a first video camera (10) detecting a visible light, a light source producing a light suitable for measuring the sewer pipe and a second camera (20, 30) detecting the sewer pipe as light reflected from the sewer pipe, characterized by a computing unit (40) combining the image data of the first video camera (10) and the image data of the second camera (20, 30) into a single video stream (50).

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Kameraeinheit zur topographischen Vermessung von Hohlraumsystemen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kameraeinheit für die Kanalrohrinspektion mit einer sichtbares Licht erfassenden ersten Videokamera, einer ein zur Vermessung des Kanalrohrs geeignetes Licht erzeugenden Lichtquelle und einer das zur Vermessung des Kanalrohrs erzeugte Licht als vom Kanalrohr reflektiertes Licht erfassenden zweiten Kamera.The invention relates to a camera unit for topographical measurement of cavity systems. In particular, the invention relates to a camera unit for sewer pipe inspection with a first video camera detecting visible light, a light source producing a light suitable for measuring the sewer pipe and a light generated for measuring the sewer pipe as a second camera detecting light from the sewer pipe.

Für konventionelle Deformationsmessungen von Kanalrohren kommen sogenannte Laser Profiler zum Einsatz, deren Funktionsweise auf einem auf die Rohrwandung projizierten Laserring basiert, der von einer Kamera im sichtbaren Bereich aufgezeichnet wird. Die aufgezeichneten Daten werden von einer Software ausgewertet, wobei auf dieser Grundlage ein 3D-Modell der Rohrgeometrie erstellt werden kann.For conventional deformation measurements of sewer pipes, so-called laser profilers are used whose function is based on a laser ring projected onto the pipe wall, which is recorded by a camera in the visible range. The recorded data is evaluated by software, on the basis of which a 3D model of the tube geometry can be created.

Darüber hinaus bietet die Software die Möglichkeit, zweidimensionale Abwicklungen und Grafiken zu generieren, aus denen sich alle gewünschten Informationen über Durchmesser, Ovalität, Deformation, Korrosion, Kapazität in Prozent, minimalen/maximalen Durchmesser sowie horizontalen und vertikalen Durchmesser (X und Y) ableiten lassen.In addition, the software provides the ability to generate two-dimensional unwinds and graphics from which all desired information on diameter, ovality, deformation, corrosion, percent capacity, minimum / maximum diameter, and horizontal and vertical diameters (X and Y) can be derived ,

Nachteilig an diesem Vorgehen ist jedoch, dass die Deformationsmessung und die visuelle Kontrolle der Rohrwandung bei der Kanalrohrinspektion in getrennten Schritten erfolgen und daher im Hinblick auf die genaue Lokalisation von Schäden bzw. Mängeln fehlerbehaftet ist.However, a disadvantage of this procedure is that the deformation measurement and the visual inspection of the pipe wall in sewer pipe inspection take place in separate steps and are therefore subject to errors with regard to the exact localization of damage or defects.

Eine bildsynchrone Datenübertragung von zeitgleich mit unterschiedlichen Mitteln erfassten Bilddaten und topographischen Messdaten in Echtzeit wäre mit den derzeitigen Mitteln technisch auch nicht möglich, da die Kommunikation mit dem Bildsensor zuzüglich der Datenübertragung an die räumlich von der Kamera angeordnete Anzeige (ohne die noch notwendige Auswertung) länger dauert als eine Bildwiederholung. Eine direkte Zuordnung der topographischen Messdaten zum visuellen Bild ist daher unmöglich.Image-synchronous data transmission of image data and topographical measurement data acquired in real time simultaneously with different means would not be technically possible with the current means, since the communication with the image sensor plus the data transmission to the display spatially arranged by the camera (without the necessary evaluation) would take longer takes as a picture repeat. A direct assignment of the topographic measurement data to the visual image is therefore impossible.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kameraeinheit zu schaffen, die eine bildsynchrone Datenübertragung topographischer Daten in Echtzeit ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a camera unit which enables a synchronous data transmission of topographical data in real time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kameraeinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the camera unit with the features of claim 1. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, das Messdaten enthaltende Bild der zweiten Kamera bereits in der aus erster Videokamera und zweiter Kamera bestehenden Kameraeinheit selbst in den Datenkanal (als Metadaten) einzufügen bzw. in das Videobild einzublenden, sodass eine synchronisierte Übertragung des von der ersten Kamera und von der zweiten Kamera aufgenommenen Bilds in Echtzeit erfolgt und auf einen zusätzlichen Videokanal verzichtet werden kann. Des Weiteren kommt eine Übertragung mittels segmented frame / interlaced oder eine Übertragung eines Pakets bestehend aus komprimierten Mess- und Videobilddaten in Betracht. Bei letzterer muss das Datenpaket vom Empfänger dekomprimiert werden, um das normale Videobild und die Messdaten zu erhalten.The basic idea of the invention is to insert the image of the second camera containing the measured data into the data channel (as metadata) already in the camera unit consisting of the first video camera and the second camera, so that a synchronized transmission of that from the first camera and taken by the second camera image in real time and can be dispensed with an additional video channel. Furthermore, transmission by means of segmented frame / interlaced or transmission of a packet consisting of compressed measurement and video image data is possible. In the latter case, the data packet must be decompressed by the receiver to obtain the normal video image and measurement data.

Die Daten der zweiten bevorzugt als 1D/3D-TOF-Kamera ausgebildeten Kamera bzw. entsprechender Sensoren werden mittels eines Chips zur Daten- und Bildverarbeitung eingelesen, verarbeitet und zur Laufzeit in das Videosignal sichtbar beziehungsweise für den Anwender verständlich oder für Software auswertbar eingebettet. Die Signalanalyse gibt Aufschluss über plastische Deformationen und Schäden, beispielsweise Materialschäden, wie Risse, Korrosion und Ablagerungen.The data of the second camera, preferably designed as a 1D / 3D TOF camera, or corresponding sensors are read in by means of a chip for data and image processing, processed and embedded in the video signal at runtime or embedded in an understandable or software-evaluable manner for the user. Signal analysis provides information on plastic deformation and damage, such as material damage such as cracks, corrosion and deposits.

Die 3D TOF-Kamera/Sonde ermöglicht eine Ausgestaltung ohne Videoelektronik und somit auch ohne Ex-Schutz kritische Beleuchtung. Die Leistungsaufnahme ist signifikant reduziert und erhöht die Mobilität beziehungsweise die Reichweite der Inspektionseinheit. Somit können Inspektionen von Hohlräumen, insbesondere Kanalrohre, signifikant beschleunigt werden, da eine Datenauswertung und Schadenserkennung erheblich vereinfacht ist und somit lokal eingebunden und automatisiert ausgeführt werden kann.The 3D TOF camera / probe allows a design without video electronics and thus even without explosion-proof critical lighting. The power consumption is significantly reduced and increases the mobility or the range of the inspection unit. Thus, inspections of cavities, especially sewer pipes, can be significantly accelerated, since data analysis and damage detection is considerably simplified and thus can be implemented locally and automated.

Erfindungsgemäß ist also eine Kameraeinheit für die Kanalrohrinspektion mit einer sichtbares Licht erfassenden ersten Videokamera, einer ein zur Vermessung des Kanalrohrs geeignetes Licht erzeugenden Lichtquelle und einer das zur Vermessung des Kanalrohrs erzeugte Licht als vom Kanalrohr reflektiertes Licht erfassenden zweiten Kamera vorgesehen, wobei die Kameraeinheit eine die Bilddaten der ersten Videokamera und die Bilddaten der zweiten Kamera in einen einzigen Videostrom vereinigende Recheneinheit aufweist. Die Recheneinheit ist also in der Kameraeinheit vor der Übertragungsstrecke angeordnet.According to the invention, a camera unit for the sewer pipe inspection with a visible light detecting first video camera, a light suitable for measuring the sewer pipe generating light source and the light generated for measuring the sewer pipe as the light reflected from the sewer pipe second camera is provided, wherein the camera unit a the Image data of the first video camera and the image data of the second camera in a single video stream unifying arithmetic unit. The arithmetic unit is thus arranged in the camera unit in front of the transmission path.

Die zweite Kamera ist bevorzugt als ein das Licht als vom Kanalrohr reflektierte Infrarotstrahlung erfassender Sensorarray (Flächensensor) ausgebildet, der als Kamera verwendet wird.The second camera is preferably designed as a sensor array (area sensor) which detects the light as infrared radiation which is reflected by the sewer pipe and which is used as a camera.

Besonders bevorzugt ist die zweite Kamera der Kameraeinheit eine TOF-Kamera, wobei die Lichtquelle eine LED oder ein Laser ist. Besonders bevorzugt sendet die Lichtquelle Licht im (nahen) Infrarotbereich aus, das die visuelle Kontrolle des mit der ersten Videokamera aufgenommenen Bilds nicht stört. Das von der zweiten Kamera aufgenommene Bild besteht somit aus Laufzeit- und Signalamplitudendaten, aus denen durch geeignete Datenanalyse auch auf die Art des untersuchten Materials und dessen Beschaffenheit geschlossen werden kann.Particularly preferably, the second camera of the camera unit is a TOF camera, wherein the light source is an LED or a laser. Particularly preferably, the light source emits light in the (near) infrared range, which does not disturb the visual control of the image taken with the first video camera. The image taken by the second camera thus consists of transit time and signal amplitude data from which, by means of suitable data analysis, it is also possible to infer the type of material investigated and its nature.

Weiter weist der Videostrom bevorzugt die topographischen Bilddaten der zweiten Kamera als die Bilddaten der ersten Videokamera überlagerndes Video-Overlay oder als in die Bilddaten der ersten Videokamera eingebettetes Bild-in-Bild auf, sodass der Benutzer einen direkten Bezug zwischen visuellem Bild und Oberflächentopographie herstellen kann.Further, the video stream preferably has the topographic image data of the second camera as the video overlay superimposed on the image data of the first video camera or as an image-in-picture embedded in the image data of the first video camera, so that the user can make a direct relationship between visual image and surface topography ,

Die von der zweiten Kamera aufgenommenen Messdaten können daher entweder getrennt vom von der ersten Kamera aufgenommenen Bild, beispielsweise als reine Zahlenwerte oder nach entsprechender Verarbeitung auch graphisch aufbereitet, dargestellt oder in dem von der ersten Kamera aufgenommenen Bild, beispielsweise als die Messdaten entsprechend einer vorbestimmten Farbskala wiedergebende Farbcodierung, eingebettet sein.The measurement data recorded by the second camera can therefore be displayed either separately from the image recorded by the first camera, for example as pure numerical values or after processing accordingly graphically, or in the image captured by the first camera, for example as the measurement data corresponding to a predetermined color scale reproducing color coding, be embedded.

Der Videostrom kann über eine kabelgebundene oder kabellose Übertragungsstrecke an eine Anzeige bereitgestellt werden. Alternativ kann die Kameraeinheit eine den Videostrom aufzeichnende Speichereinheit aufweisen.The video stream may be provided to a display via a wired or wireless transmission link. Alternatively, the camera unit may comprise a memory unit recording the video stream.

Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Recheneinheit zum Einbetten von aus den Messdaten der zweiten Kamera abgeleiteten topographischen Bilddaten in den Videostrom eingerichtet ist, sodass diese topographischen Daten mit den Bilddaten der Videokamera synchron übertragen und gegebenenfalls für eine spätere Analyse abgespeichert werden können.Furthermore, it is preferably provided that the arithmetic unit is set up for embedding topographical image data derived from the measurement data of the second camera into the video stream, so that these topographic data can be synchronously transmitted with the image data of the video camera and optionally stored for later analysis.

Schließlich ist auch eine Kanalrohrinspektionseinheit vorgesehen, mit einem Schiebestab oder einem Fahrwagen und einer zuvor genannten an dem Schiebestab oder dem Fahrwagen befestigten Kameraeinheit. Als Kameraeinheit wird insbesondere die Baueinheit verstanden, die am Schiebestab oder dem Fahrwagen befestigt ist. Die Übertragung des Videostroms zur von der Kameraeinheit beabstandeten Anzeige (und/oder Speichereinheit) erfolgt dabei kabelgebunden oder kabellos.Finally, a sewer pipe inspection unit is also provided, with a push bar or trolley and a previously mentioned camera unit mounted on the push bar or trolley. As a camera unit, in particular, the unit is understood, which is attached to the push bar or the carriage. The transmission of the video stream to the spaced from the camera unit display (and / or storage unit) takes place wired or wirelessly.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in1 dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be described below with reference to a in 1 illustrated, particularly preferred embodiment configured explained.

1 zeigt einen stark schematisierten Aufbau einer besonders bevorzugt ausgestalteten Kameraeinheit nach der Erfindung. 1 shows a highly schematic structure of a particularly preferred designed camera unit according to the invention.

Die Kameraeinheit besteht aus einer sichtbares Licht erfassenden ersten Videokamera10 und zwei Infrarotstrahlung erfassenden zweiten TOF-Kameras20,30. Die TOF-Kameras20,30 werden mit einer Auflösung von N x M Messpunkten von einem oder mehreren Controllern/Prozessoren ausgelesen und sind insbesondere in einer Kanalrohrinspektionseinheit innerhalb des Kamerakopfes bevorzugt in Blickrichtung integriert. Besonders bevorzugt sind die TOF-Kameras20,30 gemeinsam mit der Inspektionskamera10 für sichtbares Licht als geschlossene, druckdichte Baugruppe dreh- und schwenkbar ausgebildet. Alternativ können die beiden verwendeten Kameratypen10,20/30 jedoch auch als ein kombiniertes elektronisches Bauteil ausgeführt sein.The camera unit consists of a visible light detectingfirst video camera 10 and two infrared ray detectingsecond TOF cameras 20 . 30 , The TOFcameras 20 . 30 are read out with a resolution of N × M measuring points from one or more controllers / processors and are preferably integrated in the viewing direction, in particular in a sewer pipe inspection unit within the camera head. Particularly preferred are theTOF cameras 20 . 30 together with theinspection camera 10 designed for visible light as a closed, pressure-tight assembly rotatable and pivotable. Alternatively, the two camera types used 10 . 20 / 30 but also be designed as a combined electronic component.

Die Videosignale der ersten Videokamera10 und der Infrarotstrahlung erfassenden zweiten TOF-Kameras20,30 werden einer Recheneinheit40 zugeführt.The video signals of thefirst video camera 10 and the infrared ray detectingsecond TOF cameras 20 . 30 become acomputing unit 40 fed.

Dabei werden insbesondere die aus den TOF-Kameras20,30 ausgelesenen Daten statistisch erfasst und bildtechnisch hinsichtlich der Auflösung und Darstellung verarbeitet. Die aus der Verarbeitung gewonnene topographischen Daten werden in einer bevorzugt auswählbaren visuellen Darstellungsart, beispielsweise als Vollbild, Video-Overlay oder Bild-in-Bild, in den aktuellen Videostrom des Inspektionsbildes bildsynchron oder asynchron eingefügt. Das Videosignal kann sowohl analog als auch digital in jedem beliebigen Videostandard vorliegen.In particular, those from the TOFcameras 20 . 30 read out data statistically recorded and processed imagewise in terms of resolution and presentation. The topographical data obtained from the processing are inserted synchronously or asynchronously into the current video stream of the inspection image in a preferably selectable visual representation, for example as a full screen, video overlay or picture-in-picture. The video signal can be both analog and digital in any video standard.

Alternativ oder ergänzend zur visuellen Darstellung ist eine bildsynchrone oder asynchrone Einbettung der physikalischen oder der aufbereiteten Messwerte in den Videostrom, z.B. als Metadaten, in Echtzeit möglich. Die Verarbeitung und Einbettung der Messdaten erfolgt direkt in der Kameraeinheit vor der Übertragungsstrecke, sodass eine zusätzliche Übertragungsstrecke für diese Daten nicht erforderlich ist.Alternatively or in addition to the visual representation, a picture-synchronous or asynchronous embedding of the physical or the processed measured values in the video stream, e.g. as metadata, possible in real time. The processing and embedding of the measurement data takes place directly in the camera unit in front of the transmission link, so that an additional transmission link for this data is not required.

Der vom Prozessor40 aus den gegebenenfalls aufbereiteten Videosignalen erzeugte Videostrom50 wird hierbei an die Schnittstelle60 ausgegeben und mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Übertragungsstrecke in Echtzeit (live) oder gegebenenfalls mit Verzögerung übertragen oder alternativ vor Ort in der Kameraeinheit gespeichert.The one from theprocessor 40 from the possibly prepared video signals generatedvideo stream 50 This is theinterface 60 output and transmitted by means of a (not shown) transmission line in real time (live) or optionally with delay or alternatively stored locally in the camera unit.

Claims (7)

Translated fromGerman

Kameraeinheit für die Kanalrohrinspektion mit einer sichtbares Licht erfassenden ersten Videokamera (10), einer ein zur Vermessung des Kanalrohrs geeignetes Licht erzeugenden Lichtquelle und einer das zur Vermessung des Kanalrohrs erzeugte Licht als vom Kanalrohr reflektiertes Licht erfassenden zweiten Kamera (20, 30),gekennzeichnet durcheine die Bilddaten der ersten Videokamera (10) und die Bilddaten der zweiten Kamera (20, 30) in einen einzigen Videostrom (50) vereinigende Recheneinheit (40).Camera unit for the sewer pipe inspection with a visible light detecting first video camera (10), a for measuring the A sewer pipe suitable light-generating light source and a light generated for measuring the sewer pipe as the sewer pipe reflected light detecting second camera (20, 30),characterized by the image data of the first video camera (10) and the image data of the second camera (20, 30) in a single video stream (50) unifying arithmetic unit (40).Kameraeinheit nachAnspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kamera (20, 30) eine TOF-Kamera ist.Camera unit after Claim 1 ,characterized in that the second camera (20, 30) is a TOF camera.Kameraeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine LED oder ein Laser ist.Camera unit according to one of the preceding claims,characterized in that the light source is an LED or a laser.Kameraeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Videostrom (50) die Bilddaten der zweiten Kamera (20, 30) als die Bilddaten der ersten Videokamera (10) überlagerndes Video-Overlay oder als in die Bilddaten der ersten Videokamera (10) eingebettetes Bild-in-Bild aufweist.Camera unit according to one of the preceding claims,characterized in that the video stream (50) the image data of the second camera (20, 30) as the image data of the first video camera (10) overlaying video overlay or as in the image data of the first video camera (10). embedded picture-in-picture.Kameraeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,gekennzeichnet durcheinen den Videostrom (50) aufzeichnende Speichereinheit.Camera unit according to one of the preceding claims,characterized by a memory unit recording the video stream (50).Kameraeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (40) zum Einbetten von aus den Messdaten der zweiten Kamera (20, 30) abgeleiteten topographischen Bilddaten in den Videostrom (50) eingerichtet ist.Camera unit according to one of the preceding claims,characterized in that the arithmetic unit (40) is arranged for embedding topographical image data derived from the measurement data of the second camera (20, 30) into the video stream (50).Kanalrohrinspektionseinheit mit einem Schiebestab oder einem Fahrwagen und einer an dem Schiebestab oder dem Fahrwagen befestigten Kameraeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.A sewer pipe inspection unit comprising a push bar or trolley and a camera unit mounted on the push bar or trolley according to any one of the preceding claims.

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